油酸离子液体作为镁合金润滑剂的摩擦学性能研究_狄聪.pdf
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1、宝鸡文理学院学报(自然科学版),第 卷,第期,第 页,年 月 (),:油酸离子液体作为镁合金润滑剂的摩擦学性能研究狄聪,王俊华,郝达,韩云燕(宝鸡文理学院 化学化工学院,陕西 宝鸡 )摘要:目的以油酸为原料制备种不同阳离子结构的油酸基离子液体,表征其粘度、热稳定性和腐蚀性,考察这类离子液体对镁合金的润滑性能,并分析其润滑作用机理。方法采用简单的酸碱中和法制备油酸离子液体,并利用 微动摩擦磨损试验机、三维表面轮廓仪考察其摩擦学性能,采用接触电阻、射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜对润滑作用机制进行探究。结果种油酸离子液体具有良好的粘温性能和热稳定性,但对镁合金具有一定的腐蚀性,且阳离子结构对粘度、
2、热稳定性和腐蚀性具有显著影响;作为镁合金润滑剂,种油酸离子液体表现出优异的润滑性能,且阳离子结构对油酸离子液体的润滑性能影响较小;表明在摩擦实验过程中,在镁合金表面形成了含有氧化镁、氮化物等物质的摩擦膜。结论种油酸离子液体对钢镁合金摩擦副具有优异的润滑性能,且物理吸附膜和摩擦化学反应膜共同决定了其润滑性能。关键词:油酸离子液体;镁合金润滑剂;摩擦学性能;摩擦膜中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,):,()(),收稿日期:,修回日期:基金项目:国家自然科学基金项目();陕西省教育厅重点实验室项目();陕西省大学生创新创业训练计划项目();宝鸡文理学院大学生创新创业训练计划资助项目()作者
3、简介:狄聪(),女,陕西西安人 :通讯作者:韩云燕(),女,甘肃静宁人,讲师,博士,研究方向:高性能润滑剂研发 :,:;镁合金被誉为“世纪绿色工程材料”,因具有密度小,比强度、比刚度高,导电、导热性能优良等特点,而备受汽车制造、航空航天、电子计算机制造等工业部门的青睐,成为未来新型材料的发展方向之一。但是镁合金的一些特点限制了其加工和应用,如高化学活性,低平衡电位,低的塑性变形能力(室温下)等,。合适的润滑剂不仅能够降低加工过程的能耗,提高机器的使用寿命,而且能改善镁合金制品的质量如尺寸精度、表面粗糙度及清洁性,并且良好的润滑剂也能够扩大镁合金的应用范围,对镁合金的加工效率和应用前景具有十分重
4、要的工业价值和现实意义。因而,开发出对镁合金具有优异性能的润滑剂具有重要意义。然而,目前还没有专门适用于镁合金成形加工的润滑剂。尽管在一些情况下,在镁合金的加工过程会使用铝合金的加工成形润滑剂,但其效果并不令人满意。并且,常用的铝合金成型润滑剂主要为含,等元素的化合物。这些润滑剂不仅成本高,而且排放会引起环境污染等一系列问题。随着人们对资源、能源和环境问题的重视,绿色高效环保型润滑剂的研究已成为合成润滑剂的主要方向。离子液体作为一种绿色溶剂,因具有高的热稳定性、低挥发性、不燃性、优良的导电性能等而成为一种高性能的润滑剂被广泛研究 。但是离子液体作为镁合金的润滑剂少有研究,并且常规的四氟硼酸盐和
5、六氟磷酸盐离子液体制备成本较高,且对金属具有较强的腐蚀性。脂肪酸作为一种有机酸,只含有,元素,不含,等对环境有危害的元素,环境友好,且大多数脂肪酸可以从动植物体中分离,来源丰富且可再生。脂肪酸类润滑剂含有的羧基在金属表面具有较好的吸附性,能够形成有效的吸附膜,是优异润滑性能的主要原因之一。而且与,等元素相比,镁更倾向于与 配位,因而在镁合金表面应该具有较好的成膜性。基于此,我们以油酸为原料,制备出种不同阳离子结构的油酸离子液体,研究他们作为润滑剂的理化性能,考察他们对镁合金的润滑性能,并通过多种手段探索其润滑作用机理。实验部分 离子液体的制备离子液体的制备可参考文献 ,油酸四丁铵()离子液体由
6、等摩尔量的四丁基氢氧化铵水溶液和油酸中和反应制得,将 的四丁基氢氧化铵水溶液滴加到 油酸的乙醇溶液中,室温搅拌,旋转蒸发除去溶剂,真 空 干 燥 。油 酸 四 丁 基 磷 离 子 液 体()由等摩尔量四丁基氢氧化磷水溶液和油酸采用上述同样的方法合成。油酸二丁铵离子液体()由等摩尔量的二正丁胺和油酸室温搅拌,然后真空干燥 制得。油酸离子液体的结构由核磁共振氢谱和碳谱()确认,具体数据如下:(,)(,),(,),(,),(,),(,),(,),(,),(,)。(,),。:(,)(,),(,),(,),(,),(,),(,),(,),(,),(,)。(,),。:(,)第期狄聪 等油酸离子液体作为镁合
7、金润滑剂的摩擦学性能研究 (,),(,),(,),(,),(,),(,),(,),(,)。(,),。图油酸离子液体的阴阳离子结构示意图 理化性能表征所制备的油酸离子液体和对照样 的运动粘度(和 )采用石油产品运动粘度仪()测量,并用该数据计算润滑剂的 粘 度 指 数。采 用 耐 驰 的 同 步 热 分 析 仪()分析润 滑 剂的热 稳定性,采用氮气气氛,温度从室温升至 ,升温速率为 。离子液体的腐蚀性可参考文献 ,将离子液体滴在 镁合金块上,使润滑剂覆盖镁合金表面,在大气环境中放置(室温,相对湿度:)。腐蚀试验后,洗掉镁合金表面的润滑剂,采用金相显微镜(,放大 倍)观察镁合金表面。摩擦磨损测试
8、摩擦试验使用 微动摩擦磨损试验机(德国 油脂公司),摩擦副的接触方式为球盘模式,下试样为 镁合金盘,尺寸为 ,硬度为 ,将 的 钢球作为上试对偶件。测试开始前,将离子液体样品 滴加在球盘之间。摩擦试验所施加的载荷为,振动频率为 ,振幅,摩擦试验持续时间为 ,温度为 。摩擦系数由仪器自动记录,镁合金表面磨斑的磨损体积由三维表面轮廓仪()测得。磨斑表面表征用()观察磨斑表面形貌,用 射线光电子能谱仪(,)分析镁合金盘磨斑表面特征元素的化学状态,以 结合能 作为内标。结果与讨论 离子液体的理化性能所制备的油酸离子液体的运动粘度如表所示,可以看出,阳离子结构对离子液体的粘度有显著影响,季铵盐油酸离子液
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