水溶性离子液体添加剂的润滑与抗腐蚀性能研究

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水基润滑材料凭借其高阻燃特性及高冷却性等优异性能作为金属加工液及抗燃液压液引起人们的广泛关注。然而,由于它们的润滑性能及抗腐蚀性能差,限制其在更多工业领域的应用,如何有效解决上述难题,成为水基润滑材料得以广泛应用推广的关键。离子液体以其独特的物理化学特性可作为一种高效水基润滑添加剂,起到改善水基材料润滑及防腐蚀性的作用,因此,本论文以研究离子液体在水基润滑剂中的润滑及抗腐蚀性能为出发点,合成了几种水溶性离子液体,通过考察其阴阳离子结构对水-乙二醇基础液的润滑及抗腐蚀性能的影响,探索离子液体作为水基润滑添加剂的构效关系及其润滑机理。本文具体的研究内容以及相应结论如下:(1)采用酸碱中和反应合成了几种二元酸离子液体,通过红外及核磁等手段对离子液体进行表征。研究了二元酸离子液体作为水基润滑添加剂在水-乙二醇中的抗腐蚀及润滑性能。结果表明,癸二酸离子液体能够有效抑制金属在水中的腐蚀速率,2-(1,3-苯并噻唑-2-硫基)丁二酸离子液体的润滑性能表现更为出色。其中添加0.5%2-(1,3-苯并噻唑-2-硫基)丁二酸胆碱离子液体([CBC])比水-乙二醇溶液可有效减少磨损体积达25%。这可能是由于离子液体在金属表面的吸附膜以及活性元素与金属发生摩擦化学反应生成的化学反应膜共同作用的结果。(2)通过Br(?)nsted酸与Br(?)nsted碱的质子传递反应制备了几种二元胺离子液体,研究了其在水基体系中的抗腐蚀性能。结果表明,蓖麻油酸二元胺离子液体能够显著提高水基润滑剂对金属材料的抗腐蚀作用,这可归因于离子液体中极性官能团对金属表面强吸附作用。研究了频率、载荷等不同条件下的摩擦学性能,试验表明,二元胺离子液体可降低水-乙二醇对钢的摩擦系数达35%以上,在磨损体积方面可以减小一个数量级。综合抗腐蚀与润滑性能的表现,相比二元酸离子液体,二元胺离子液体对改善水-乙二醇润滑与抗腐蚀性能作用更加突出。(3)结合对二元酸离子液体及二元胺离子液体对水基润滑剂润滑及抗腐蚀性能的研究,合成了一种二元杂化离子液体,考察了其在水-乙二醇溶液中用作多功能润滑添加剂的性能表现。研究了不同浓度二元杂化离子液体对金属表面的腐蚀和润滑效果,确定最佳浓度在1%。进一步研究了载荷对润滑性能的影响。该二元杂化离子液体体现出比以上两类离子液体更优异的润滑及抗腐蚀效果。通过磨损表面分析和接触角试验,探讨了其防腐润滑机理,归因于二元杂化离子液体对摩擦副表面物理吸附膜和化学反应膜的形成。
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