离子液体的合成及其摩擦学性能的研究

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本论文设计、制备了三个系列的离子液体,并研究了它们的摩擦学性能,取得了以下主要结论:1.合成了一系列N-烷基-4-[5-(磺烷基)-1,3,4-噁唑-2-]吡啶四氟硼酸盐离子液体,并用旋涂的方式将这些离子液体涂在单晶硅的表面上,采用AISI52100型钢球作为对偶摩擦副,考察了离子液体薄膜的摩擦学性能。在较低载荷下,离子液体薄膜展现出较好的摩擦学性能。当载荷增大时,摩擦寿命减短,同时摩擦系数降低。在这些离子液体中,N-乙基-4-[5-(磺乙基)-1,3,4-噁唑-2-]吡啶四氟硼酸盐的摩擦学性能最好。在0.5N下其薄膜的摩擦寿命超过4000次,而摩擦系数只有0.14。因此这种离子液体可以作为一种薄膜润滑材料。2.合成了一系列含有三丁基烷基膦盐和烷基咪唑盐的对称的和不对称的双离子液体。考察了双离子液体的热稳定性能,水接触角和其薄膜的摩擦学性能并与单离子液体和全氟聚醚进行比较。结果表明双离子液体具有很好的热稳定性可以在高温条件下进行工作。在相同的摩擦条件下,双离子液体烷基取代基链长的增长使其摩擦学性能得到有效的提升;阳离子相同时,六氟磷酸盐具有较强的摩擦学性能;阴离子相同时,阳离子不对称的双离子液体比对称的双离子液体减摩和抗磨的能力强;与全氟聚醚和对应的单离子液体相比,双离子液体极大地延长了薄膜的摩擦寿命。摩擦学性能最好的双离子液体是1-(1-三丁基膦-己基)-3-甲基咪唑双六氟磷酸盐:其热分解温度为445℃:水接触角为74°;在0.1N下,摩擦寿命为30000次,摩擦系数为0.15;在0.5N下,摩擦寿命为10000次,摩擦系数为0.12:在1.0N下,摩擦寿命为3500次,摩擦系数为0.1。这种双离子液体有望成为一种很好的薄膜润滑剂。3.合成了一系列胍盐离子液体并考察了离子液体的热稳定性能,水接触角和薄膜的摩擦学性能,并与烷基咪唑离子液体和全氟聚醚进行比较。结果表明胍盐离子液体具有很高的热分解温度,其亲水性取决于本身的结构,阴离子对其亲水性影响较大,阳离子影响较小。在相同的摩擦条件下,胍盐离子液体烷基取代基链长的增长使其摩擦学性能得到有效的提升;阳离子相同时,六氟磷酸盐具有较好的摩擦学性能;与全氟聚醚和对应的烷基咪唑离子液体相比,胍盐离子液体极大地延长了薄膜的摩擦寿命。作为薄膜润滑剂,胍盐离子液体具有较好的应用前景。4.考察了室温以及高温下胍盐离子液体对于钢/钢摩擦体系的摩擦学性能,结果表明其摩擦系数小,磨损体积损失少,抗载荷能力强,摩擦学性能优于常用润滑油X-1P、PFPE以及常规离子液体B106。胍盐离子液体烷基取代链长对其摩擦学性能有着较为显著的影响,高温下增长链长虽能降低摩擦系数,但是降低了其承载能力。5.考察了胍盐离子液体室温下对于钢/铝摩擦体系、钢/铜摩擦体系、Si3N4/钢摩擦体系的摩擦学性能,结果显示胍盐离子液体摩擦系数小,磨损体积损失少,抗载荷能力强,烷基取代基链长对其摩擦学性能的影响不大。润滑效果优于常规离子液体及常用润滑油,可作为一种高效的润滑剂。
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