| 含磷离子液体的合成与摩擦学性能的研究 | |
姜栋
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| Subtype | 博士 |
| Thesis Advisor | 胡丽天 ; 冯大鹏 |
| 2011-11-18 | |
| Degree Grantor | 中国科学院研究生院 |
| Department | 先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | 离子液体 摩擦磨损 膦酸酯 磷酸酯 润滑剂 Ionic Liquid Friction Phosphonate Phosphate Lubricants |
| Abstract | 本论文从减轻离子液体对金属的腐蚀及提高其摩擦学性能的角度，设计合成了一系列含磷元素离子液体。采用点-盘式摩擦方式考察了此类离子液体作为基础油和添加剂的润滑性能，并探讨了离子液体的结构和摩擦学性能之间的关系，得到了以下主要结论： 1. 合成了烷基咪唑膦酸酯离子液体，考察了该类离子液体对不同摩擦副的润滑性能。结果表明，因阴离子结构中P-C 键具有高的键能故可使离子液体的热分解温度高于常见磷酸三甲苯酯，并且阴阳离子中的烷基链长增加时其粘度增大。通过分析摩擦实验结果发现，膦酸酯离子液体的摩擦系数与磨损体积比全氟聚醚和X-1P 要小，并且碳链长度增加时摩擦副的磨损体积相应的减小。此外膦酸酯作为阴离子时，离子液体对金属几乎没有腐蚀，而常见含氟离子液体则在潮湿环境中对金属材料存在明显的腐蚀现象。 2. 合成了阴离子为磷酸二异辛酯时的离子液体，考察了支链烷基结构对离子液体摩擦学性能的影响。结果显示，含支链结构的烷基咪唑磷酸二异辛酯离子液体对于不同的摩擦副材料皆表现出优异的润滑性能：与参照样品（PFPE， LB106 等）相比拥有更低的摩擦系数和更小的磨损体积，这归因于支链结构能加强材料表面润滑膜的吸附牢固程度。 3. 合成了一系列冠醚磷酸酯离子液体，并考察了其物理化学性能和摩擦学性能。实验结果显示，冠醚磷酸酯离子液体具有很低的玻璃化转变温度和较高的热分解温度，且不会腐蚀金属材料，在极性基础油中有更大的溶解度。摩擦磨损实验表明，冠醚磷酸酯离子液体不仅表现出低的摩擦系数和更小的磨损体积，而且还表现出很高的承载能力。当其作为聚乙二醇抗磨添加剂时，发现当添加剂浓度为5%时，润滑油在不同载荷与不同频率下均表现出最优的润滑性能。含氟类常规离子液体LB106 与LP106 极性大，不能溶解在菜籽油中，而冠醚磷酸酯离子液体可溶解在菜籽油中，且当添加剂浓度为1%时，冠醚磷酸酯离子液体表现出良好的抗磨减摩性能。 4. 合成了不含氧的阳离子的环状磷酸酯离子液体，并考察了其物理化学性质和摩擦学性能。测试结果表明，环状磷酸酯离子液体的粘度明显大于冠醚磷酸酯离子液体，且三者的粘度变化规律为：随环尺寸的增加而减小。当其作为不同材料摩擦副的润滑剂时，皆可比参比样品表现出低的磨损体积。三种环状磷酸酯离子液体进行对比可发现，环尺寸较大的离子液体表现出更优良的润滑效果。 5. 通过对磨斑表面的检测分析，推测磷酸酯离子液体作为润滑剂时的摩擦学机理。当离子液体滴加到摩擦副表面时，会形成物理吸附和化学吸附膜，然后在摩擦滑动过程中进一步生成化学反应膜。化学反应膜成分复杂，主要于摩擦副与离子液体的复杂摩擦化学反应中生成。但高载下剧烈的滑动剪切力会破坏表层的边界润滑膜，进而造成材料和器件的磨损，同时此过程还会生成新的边界润滑膜，继续起到减轻材料摩擦磨损的作用。 |
| Funding Project | 特种油脂和密封材料组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/1867 |
| Collection | 中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 姜栋. 含磷离子液体的合成与摩擦学性能的研究[D]. 中国科学院研究生院,2011. |
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| 201161姜栋.pdf（10236KB） | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | |||
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