四種油溶性離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂理化性能和摩擦學(xué)性能

于強(qiáng)亮張朝陽(yáng)范豐奇汪利平周 康黃 卿周旭光蔡美榮湯仲平周 峰

(1.中國(guó)石油 蘭州潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心,甘肅 蘭州 730060;2.中國(guó)科學(xué)院 蘭州化學(xué)物理研究所 固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州 730000)

使用合適的工業(yè)潤(rùn)滑劑,不僅可減少因機(jī)械摩擦磨損造成的能源浪費(fèi),而且可以維持機(jī)械設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,還可間接挽回因設(shè)備摩擦磨損所造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失[1]。潤(rùn)滑脂作為一類傳統(tǒng)的工業(yè)潤(rùn)滑劑,具有制備工藝簡(jiǎn)單、高低溫性能良好、剪切安定性能好的特點(diǎn)。

潤(rùn)滑脂主要是由稠化劑、基礎(chǔ)油、添加劑3部分組成。一般潤(rùn)滑脂中稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～20%,基礎(chǔ)油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%～90%,添加劑及填料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%以下。添加劑既可以均勻溶解在潤(rùn)滑脂的基礎(chǔ)油中,也可以通過(guò)三輥磨碾壓均勻分散在潤(rùn)滑脂體相中,復(fù)配不同類型的添加劑,可獲得適應(yīng)不同工況潤(rùn)滑性能的潤(rùn)滑脂[2]。目前,提升潤(rùn)滑脂性能的添加劑類型很多,既有固體添加劑,又有液體添加劑[3]。其中,油溶性離子液體因具有優(yōu)異的減摩抗磨性能等,成為潤(rùn)滑油脂添加劑應(yīng)用研究的熱點(diǎn)[4-9]。

Huang等[10-11]合成了N/S/P協(xié)同和S/P協(xié)同離子液體,在基礎(chǔ)油PAO10中用作添加劑,當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí),表現(xiàn)出了優(yōu)異的減摩抗磨和極壓承載性能。Yu等[12-14]合成的季鏻鹽油溶性離子液體用作基礎(chǔ)油添加劑時(shí),也表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。王澤云等[15-17]用季銨鹽油溶性離子液體作為潤(rùn)滑脂添加劑,改善了潤(rùn)滑脂的摩擦學(xué)性能。然而,上述研究的離子液體均使用三輥磨直接碾壓分散在潤(rùn)滑脂中,并且沒(méi)有系統(tǒng)研究離子液體添加劑分子結(jié)構(gòu)對(duì)潤(rùn)滑脂性能的影響。

筆者設(shè)計(jì)合成了N/P協(xié)同、N/S協(xié)同、P/P協(xié)同和P/S協(xié)同4種油溶性離子液體,分別將其加入到PAO10中作為基礎(chǔ)油添加劑,并制備了含有相應(yīng)油溶性離子液體的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂。通過(guò)與空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂比較,系統(tǒng)研究了4種離子液體的分子結(jié)構(gòu)對(duì)所制備潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)、錐入度、熱穩(wěn)定性能以及減摩抗磨性能的影響規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑

合成離子液體所需的三辛基胺(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)、三辛基磷(質(zhì)量分?jǐn)?shù)85%)、溴代十六烷(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)、多庫(kù)酯鈉(質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%)和磷酸二異辛酯(質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%)均購(gòu)自百靈威試劑有限公司。

合成潤(rùn)滑脂所需的聚α-烯烴(PAO10)由中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研發(fā)中心提供;十二羥基硬脂酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)85%)、癸二酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)和一水合氫氧化鋰(質(zhì)量分?jǐn)?shù)99%),均購(gòu)自安耐吉化學(xué)試劑有限公司。

1.2 油溶性離子液體的制備

根據(jù)文獻(xiàn)[9,12]報(bào)道的方法制備4種油溶性離子液體(a、b、c、d),分子(a)和(b)陽(yáng)離子都是十六烷基三辛基銨,陰離子不同;分子(c)和(d)陽(yáng)離子都是十六烷基三辛基鏻相同,陰離子不同。(a)十六烷基三辛基磷酸二異辛酯銨鹽,(b)十六烷基三辛基多庫(kù)酯銨鹽,(c)十六烷基三辛基磷酸二異辛酯鏻鹽,(d)十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽。合成的油溶性離子液體(a、b、c、d)為無(wú)色或淡黃色油狀液體,能夠溶解于常見(jiàn)的有機(jī)溶劑(甲醇、氯仿、乙腈等)和基礎(chǔ)油(如500SN、PAO等)中,所對(duì)應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.3 復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的制備

稱取4.45 g一水合氫氧化鋰溶解于10 m L水中;在200 m L的燒杯中,加入63 g的PAO10和3 g油溶性離子液體,80℃時(shí)機(jī)械攪拌預(yù)熱30 min,再分別稱取11.15 g的十二羥基硬脂酸和5.9 g的癸二酸,邊攪拌邊加入到燒杯中,隨后邊攪拌邊緩慢滴加已配制好的一水合氫氧化鋰溶液,至皂化反應(yīng)進(jìn)行完全。然后,迅速升溫至150℃,并快速攪拌進(jìn)行高溫?zé)捴? h,煉制結(jié)束待潤(rùn)滑脂完全冷卻后,使用三輥磨對(duì)潤(rùn)滑脂進(jìn)行3次研磨共20 min,制得油溶性離子液體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂。油溶性離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂GA(e)、GB(f)、GC(g)、GD(h)的外觀由圖1所示,分別由4種油溶性離子液體((a)、(b)、(c)、(d))制得。同樣方法不加油溶性離子液體制得的空白潤(rùn)滑脂,記為G。

圖1 4種油溶性離子液體的分子結(jié)構(gòu)及其對(duì)應(yīng)的離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂GA、GB、GC、GD外觀Fig.1 Molecular structures of four oil-soluble ionic liquids and their corresponding ionic liquid complex lithium greases GA,GB,GC,GD

1.4 表征方法

采用NETZSCH公司生產(chǎn)的STA 449 F3 TGA-DSC同步熱分析儀測(cè)定潤(rùn)滑脂的熱穩(wěn)定性能,實(shí)驗(yàn)條件為:氮?dú)夥諊?升溫速率10℃/min,溫度范圍25～600℃;滴點(diǎn)和錐入度分別按照GB/T 3498—2008《潤(rùn)滑脂寬溫度范圍滴點(diǎn)測(cè)定法》、GB/T 269—1991《潤(rùn)滑脂和石油脂錐入度測(cè)定法》測(cè)試;最大無(wú)卡咬負(fù)荷(PB/N)和燒結(jié)負(fù)荷(PD/N)按照標(biāo)準(zhǔn)SH/T 0202—1992《潤(rùn)滑脂極壓性能測(cè)定法(四球機(jī)法)》測(cè)試。

1.5 銅片腐蝕測(cè)定

潤(rùn)滑脂的銅片腐蝕試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5096—1985(91)《石油產(chǎn)品銅片腐蝕試驗(yàn)法》進(jìn)行測(cè)定,此標(biāo)準(zhǔn)等效于ASTM D130 83《Standard test method for detection of copper corrosion from petroleum products by the copper strip tarnish test》。將拋光的銅片(12.5 mm×12.5 mm×3 mm)放入測(cè)試潤(rùn)滑脂樣品中,并被潤(rùn)滑脂完全浸沒(méi),然后置于150℃的鼓風(fēng)烘箱中3 h,取出銅片,用石油醚漂洗掉銅片表面的潤(rùn)滑脂,然后用丙酮清洗后干燥。用相機(jī)拍攝銅片表面的腐蝕狀態(tài)。

1.6 摩擦磨損測(cè)試及摩擦機(jī)理分析

采用Optimol公司生產(chǎn)的SRV-V型的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)潤(rùn)滑脂GA、GB、GC、GD的摩擦學(xué)性能,空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂(G)作為參比。SRV摩擦試驗(yàn)機(jī)的摩擦副為球-盤點(diǎn)接觸,振幅為1 mm,時(shí)間為30 min,頻率為25 Hz,上試球?yàn)橹睆?0 mm的AISI 52100鋼球,硬度為58～62 HRC,下試樣是直徑24 mm、厚度7.9 mm的AISI 52100鋼盤。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,用BRUKER-NPFLEX三維輪廓儀(美國(guó)BRUKER公司生產(chǎn))測(cè)量下試樣的磨損體積。上述測(cè)試均在相對(duì)濕度為20%～30%的環(huán)境下完成。用掃描電鏡(FEI Quanta 250)(美國(guó)FEI公司生產(chǎn))分析下試樣磨斑的表面形貌,采用XPS(Thermo Scientific Nexsa)(賽默飛世爾科技有限公司生產(chǎn))測(cè)定下試樣磨斑表面的化學(xué)組成。

2 結(jié)果與討論

2.1 空白和離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的熱穩(wěn)定性比較

空白和離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的熱重(TG)分析如圖2所示,分解溫度見(jiàn)表1所示。由圖2可知,復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂G、GA、GB、GC、GD的初始分解溫度較高,均大于250℃,說(shuō)明5種潤(rùn)滑脂的熱穩(wěn)定性良好,可以滿足潤(rùn)滑脂在高溫條件下的使用。其中,GB分解溫度較低,在300℃左右開(kāi)始分解,371℃時(shí)質(zhì)量損失達(dá)50%。其次是GA、GC,初始分解溫度分別是311、324℃,質(zhì)量損失達(dá)50%的溫度分別為371、361℃,十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂初始分解溫度最高為359℃,431℃時(shí)質(zhì)量損失才達(dá)50%,遠(yuǎn)高于空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂G質(zhì)量損失為50%的熱分解溫度403℃。由此可知,十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的熱穩(wěn)定性能優(yōu)于其他3種離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂和空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂。

表1 離子液體(GA、GB、GC、GD)和空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂(G)的熱分解溫度Table 1 Thermal decomposition temperatures of ionic liquid complex lithium greases(GA,GB,GC,GD)and blank lithium complex greases(G)

2.2 空白和離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的腐蝕性能比較

空白和油溶性離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂銅片腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。從圖3可知,所合成的4種油溶性離子液體對(duì)應(yīng)的腐蝕銅片(b)～(e)外觀顏色與新打磨的銅片(a)表觀幾乎沒(méi)有差異,表明所制備的4種油溶性離子液體均無(wú)腐蝕性能。從圖3(f)～(j)可知,5種復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的腐蝕銅片證明均存在一定的腐蝕性能。尤其是空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂腐蝕銅片(f)表面失去金屬光澤,并存在大面積的腐蝕區(qū)域。從圖3(g)～(j)可以看出,4種油溶性復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂對(duì)應(yīng)的腐蝕銅片表面色澤暗淡,雖然已失去金屬光澤但是腐蝕相對(duì)(f)減輕?？瞻卒嚮鶟?rùn)滑脂和4種油溶性離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂產(chǎn)生的腐蝕,極大可能是由復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂中少量的水分導(dǎo)致,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,與空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂相比,加入油溶性離子液體,可以降低復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的腐蝕程度,尤其是加入離子液體十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽后,潤(rùn)滑脂的腐蝕程度明顯降低。

圖3 銅片腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.3 The results of the corrosion copper sheet

2.3 空白和離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)、錐入度比較

4種離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂與空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂滴點(diǎn)如表2所示。由表2可知,GA、GB、GC、GD的滴點(diǎn)均低于G的滴點(diǎn),其中GA滴點(diǎn)最低,約為200℃,其余3種離子液體潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)在230℃左右。由表2可知,GA、GB、GC、GD的錐入度均比G高。離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂GA、GC、GD的錐入度都大于25.0 mm,GB的錐入度(23.1 mm)和G的錐入度(22.3 mm)接近。油溶性離子液體的加入,使復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)降低、錐入度有所增加,但都不影響其使用。

表2 空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂(G)與離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂(GA、GB、GC、GD)的滴點(diǎn)及錐入度比較Table 2 Drop point and penetration of blank complex lithium-based grease(G)and ionic liquid complex lithium-based grease(GA,GB,GC,GD)

2.4 空白和離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂低溫減摩抗磨性能對(duì)比

在載荷200 N、低溫(50℃)時(shí),GA、GB、GC、GD與G摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化及相應(yīng)時(shí)間的底盤鋼磨損體積如圖4所示。由圖4可知,G的摩擦系數(shù)在0.2左右,比較平穩(wěn),摩擦實(shí)驗(yàn)30 min后底盤磨損體積較小,約為1.5×10-3mm3。當(dāng)GA為潤(rùn)滑劑時(shí),在摩擦實(shí)驗(yàn)開(kāi)始階段就發(fā)生了明顯卡咬,伴隨產(chǎn)生了明顯的磨損,摩擦實(shí)驗(yàn)1 min后磨損體積大約為3.5×10-3mm3,表明該類離子液體制備的潤(rùn)滑脂室溫摩擦學(xué)性能較差。GB為潤(rùn)滑劑時(shí),在摩擦實(shí)驗(yàn)約300 s時(shí)發(fā)生了卡咬,盡管該類潤(rùn)滑脂相比GA的減摩性能稍有提升,但其抗磨性能明顯增強(qiáng),摩擦實(shí)驗(yàn)8 min后,GB對(duì)應(yīng)的底盤鋼的磨損體積大約為1.8×10-3mm3,與空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的抗磨性能相近。潤(rùn)滑脂GC、GD在給定的測(cè)試條件下均表現(xiàn)出了優(yōu)異的減摩與抗磨性能,2種潤(rùn)滑脂的摩擦系數(shù)均為0.1,且相應(yīng)底盤鋼在摩擦實(shí)驗(yàn)30 min后的磨損體積都降低到了0.3×10-3mm3以內(nèi),十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂作為潤(rùn)滑劑時(shí)底盤鋼摩擦30 min后的磨損體積更小,降低到0.2×10-3mm3以下。證明由離子液體c和d制備得到的潤(rùn)滑脂具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。

圖4 空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂與離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂低溫時(shí)的摩擦系數(shù)和磨損體積Fig.4 Friction coefficient and wear volume of blank complex lithium-based grease and ionic liquid complex lithium-based greases at low temperature

對(duì)圖4中潤(rùn)滑脂G、GA、GB、GC、GD低溫潤(rùn)滑后的磨斑表面形貌進(jìn)行SEM分析,如圖5所示。從圖5可知,G對(duì)應(yīng)的磨斑直徑和磨斑寬度(圖5(a))明顯小于GB對(duì)應(yīng)的磨斑直徑和寬度(圖5(b)),與GC潤(rùn)滑后的磨斑(5(c))大小相同?？瞻讖?fù)合鋰基脂對(duì)應(yīng)的磨斑表面(圖5(a1))存在明顯的犁溝,表明發(fā)生了典型的黏著磨損和磨粒磨損。相比之下,GB(圖5(b1))、GC(圖5(c1))對(duì)應(yīng)的磨斑表面犁溝和黏著磨損明顯降低,證明該類潤(rùn)滑脂的減摩性能明顯提升。GC(圖5(d))和十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂(圖5(e))對(duì)應(yīng)的磨斑直徑明顯減小,且磨斑表面變的更為平整光滑,其中GD對(duì)應(yīng)的磨斑直徑最小,磨斑表面幾乎觀察不到犁溝和刮擦的紋路,證明十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的減摩抗磨性能最優(yōu)(圖5(e)、5(e1))。

圖5 空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂與離子液體潤(rùn)滑脂低溫潤(rùn)滑后的磨斑表面的SEM照片F(xiàn)ig.5 SEM images of blank complex lithium-based grease and ionic liquid greases at low temperature

2.5 空白和離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂高溫減摩抗磨性能對(duì)比

圖6顯示了GA、GB、GC、GD與G在載荷200 N、120℃下摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化(圖6(a))及摩擦實(shí)驗(yàn)30 min的底盤鋼的磨損體積(圖6(b))。從圖6(a)可以看出,在高溫120℃時(shí),GA、GB、GC和GD的摩擦系數(shù)均比G低,然而,摩擦實(shí)驗(yàn)30 min后,GA對(duì)應(yīng)的底盤鋼的磨損體積依然很大,表明該潤(rùn)滑脂在低溫和高溫條件下均不適合作潤(rùn)滑劑。從圖6可知,十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂依然表現(xiàn)出了最優(yōu)異的減摩及抗磨性能,其次是GB,最后為GC。

圖6 空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂與離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂高溫時(shí)的摩擦系數(shù)及磨損體積Fig.6 Friction coefficient and wear volume of blank complex lithium-based grease and ionic liquid complex lithium-based greases at high temperature

對(duì)圖6中潤(rùn)滑脂G、GA、GB、GC、GD高溫(120℃)潤(rùn)滑后的磨斑表面形貌進(jìn)行SEM分析,如圖7所示。由圖7可知:G對(duì)應(yīng)的磨斑表面(7(a)、7(a1))存在明顯的劃痕;GA對(duì)應(yīng)的磨斑直徑明顯增大,但是磨斑表面的犁溝明顯變淺(7(b),7(b1)),表明GA潤(rùn)滑脂的減摩性能明顯提升,但是抗磨性能變差。相比之下,GB、GC、GD潤(rùn)滑脂高溫潤(rùn)滑后的減摩及抗磨性能均有了明顯的體高。GB(7(c)、7(c1))、GC(7(d)、7(d1))、十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂(7(e)、7(e1))對(duì)應(yīng)的磨斑直徑明顯變小,磨斑表面的劃痕依次變淺,僅僅有少量的磨粒磨損的凹坑。十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂對(duì)應(yīng)的磨斑表面變得更小,磨斑表面的磨痕更淺,表明十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂在高溫狀態(tài)下的摩擦學(xué)性能更加優(yōu)異。

圖7 空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂與離子液體潤(rùn)滑脂高溫潤(rùn)滑后的磨斑表面的SEM照片F(xiàn)ig.7 SEM images of blank complex lithium-based grease and ionic liquid complex lithium-based greases at high temperature

2.6 空白和離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的極壓抗磨性能比較

G與GA、GB、GC和GD的最大無(wú)卡咬負(fù)荷值(PB)和燒結(jié)負(fù)荷(PD)值如表3所示。由表3知,G、GA、GB、GC的PB值依次為490 N、549 N、883 N、696 N,GD的PB值達(dá)到了1098 N。GA、GB、GC和GD的極壓承載能力均高于G,尤其GD承載性能更強(qiáng),表明離子液體d在摩擦過(guò)程中更易于在摩擦界面形成強(qiáng)韌的邊界潤(rùn)滑膜,表現(xiàn)出優(yōu)異的極壓性能。由表3還可以得到,G、GA、GC的PD值一樣,均為1961 N,GB、GD的PD值相近,達(dá)到了3089 N,GB、GD呈現(xiàn)出優(yōu)異的承載能力,結(jié)合低溫(50℃)和高溫(120℃)的摩擦測(cè)試結(jié)果以及最大無(wú)卡咬負(fù)荷值可知,十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的綜合摩擦學(xué)性能最佳。

表3 空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂與離子液體復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的P B和P DTable 3 P B and P D of blank complex lithium-based grease and ionic liquid complex lithium-based grease

2.7 XPS分析

為了進(jìn)一步研究油溶性離子液體潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑機(jī)理,對(duì)十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂在低溫50℃(RT)和高溫120℃(HT)潤(rùn)滑后的磨斑表面進(jìn)行了XPS表征,結(jié)果如圖8所示,圖8(a)～(f)分別對(duì)應(yīng)于C 1s、O 1s、S 2p、P 2p、Li 1s和Fe 2p的譜圖。從圖8可知,十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂在低溫和高溫潤(rùn)滑后相應(yīng)元素的峰型和結(jié)合能基本相同,證明十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑脂在低溫和高溫均經(jīng)歷了相似的摩擦化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。C 1s譜圖的結(jié)合能出現(xiàn)在284.8 e V,對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)峰位置。Fe 2p譜圖在711.3 eV有個(gè)明顯的吸收峰,結(jié)合O 1s譜圖在533 e V,可能存著FeO。此外,高溫條件下,O 1 s譜圖在536.5 eV的吸收峰明顯變強(qiáng),Fe 2p譜圖在725.1 e V處也有吸收峰,推測(cè)磨斑表面可能存著Fe2O3和FeOOH[5,15]。圖8(e)顯示Li 1s譜圖在55.8 e V處存著一個(gè)明顯的吸收峰,對(duì)應(yīng)于Li2O[18],從圖8(d)可知,P 2p譜圖在133.3 eV存著明顯的吸收,可以歸因于存在磷酸鹽或者有機(jī)磷化合物[12-14]。十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的S 2p譜圖的結(jié)合能出現(xiàn)在163.2 e V,低溫條件下反應(yīng)生成了有機(jī)硫化合物或FeS、FeS2,而高溫條件下S 2p的結(jié)合能在168.8 eV處的吸收峰明顯增強(qiáng),證明高溫作用下,摩擦化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的含量更高,可以歸因于發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)生成硫酸鹽化合物[11,13]。以上結(jié)果充分證明離子液體中的活性元素S、P從離子液體轉(zhuǎn)移到了摩擦界面,并參與了復(fù)雜的摩擦化學(xué)反應(yīng),形成了具有較高韌性的無(wú)機(jī)化合物,提高了減摩及抗磨性能。

圖8 高低溫時(shí)GD潤(rùn)滑后的磨斑表面元素的XPS分析Fig.8 The XPS spectra of lubricated GD on the worn surfaces at high and low temperature(a)-(f):Corresponding the spectra of C 1s,O 1s,S 2p,P 2p,Li 1s and Fe 2p respectively

3 結(jié) 論

合成4種不同結(jié)構(gòu)的油溶性離子液體(N/P協(xié)同(a)、N/S協(xié)同(b)、P/P協(xié)同(c)、P/S協(xié)同(d)),分別制備了4種復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂GA、GB、GC和GD,研究了其理化性能和摩擦學(xué)性能,并與空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂G進(jìn)行了比較,結(jié)果如下:

(1)作為潤(rùn)滑脂的4種離子液體的結(jié)構(gòu)差異,對(duì)相應(yīng)制備的離子液體潤(rùn)滑脂熱分解溫度影響明顯,GD的熱分解溫度最高,GB熱分解溫度最低。復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂中加入油溶性離子液體,降低了滴點(diǎn),但提高了錐入度。

(2)GB、GC、GD的減摩抗磨性能均優(yōu)于空白復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂G,十六烷基三辛基多庫(kù)酯鏻鹽在室溫和高溫以及重載(200 N)下均表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能,原因?yàn)殡x子液體中的活性元素S、P與金屬基底發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng),形成了具有較高韌性的無(wú)機(jī)化合物,起到了減摩抗磨的作用。