目前世界正在进入海洋大发展时代,海洋资源的开发和利用都需要相应的设备支持,而海水环境下的腐蚀磨损严重制约了这些设备的应用。如液压传动技术直接以天然海水作为工作介质,在这种环境中的摩擦磨损及腐蚀影响了它的使用寿命,同时也造成了一定的经济损失。咪唑啉衍生物因其特殊的结构,具有较好的润滑与防腐性能。因此研究咪唑啉衍生物在模拟海水中的润滑和抗腐蚀性能具有重要意义。本文主要合成了2种侧链不同的烷基酸咪唑啉铵盐、3种不同侧链长度的烷基氨基酸咪唑啉和2-巯基苯并噻唑乙酸咪唑啉,对其在模拟海水中作为水基润滑剂和缓蚀剂的性能进行了研究,并用EDS-SEM和XPS等分析方法对其摩擦缓蚀机理进行研究。主要得出以下结论:1.合成的油酸咪唑啉铵盐(OMAS)和12-羟基硬脂酸咪唑啉铵盐(TMAS)在模拟海水中均具有好的润滑抗腐蚀性能。其作为润滑剂,当浓度为1.0wt%时,两种添加剂在模拟海水中的减摩抗磨性能都达到最好。与基础液相比,两种添加剂的摩擦系数随着时间的增长,摩擦系数变化很小并趋近于稳定。TMAS在模拟海水中有显著的承载能力,其浓度为1.5wt%时,极压值达到了981N,比基础液的极压值提高了9倍多。在相同条件下,TMAS的减摩抗磨性能及承载能力均优于OMAS。SEM测试表明,与空白水基基础液相比,含添加剂的水基基础液的钢球磨损表面的划痕更浅。EDS和XPS分析得出形成含铁、氮的边界保护膜起到了极压抗磨减磨效果;其作为缓蚀剂,浓度为60mg/L时,OMAS的缓蚀性能较好,其缓蚀率可达到56.21%。浓度为100mg/L TMAS的缓蚀性能较好,其缓蚀率为76.66%。另外,从阻抗谱上可明显看出,模拟海水中加入添加剂后,容抗弧明显增大。相同条件下,两者相比,TMAS比OMAS的性能更好,并用SEM测试对腐蚀形貌进行表征。2.合成3种不同侧链长度的烷基氨基酸咪唑啉(S-EMI、S-DMI和S-HMI),研究它们在模拟海水中的缓蚀和摩擦学性能,结果表明98N载荷下,1.0wt%S-EMI的最小磨斑直径为0.614mm,294N载荷下摩擦系数达到最小为0.0115;三种添加剂的极压值比水基基础的提高3-5倍。与水基基础液相比,它们的摩擦系数随时间的变化波动较小并趋于稳定。三种添加剂的摩擦学性能强弱顺序为S-DMI>S-HMI>S-EM。对钢球表面磨斑的形貌分析,发现添加S-DMI的钢球上的磨斑最小和磨痕相对较浅;EDS和XPS测试结果表明,三种添加剂主要是通过分子中极性原子N、S通过吸附在金属表面形成保护膜,同时金属在水基基础液中形成的腐蚀物沉积在金属表面保护膜上,进一步加强保护膜的减摩抗磨及承载能力。由失重实验结果可知,浓度为400mg/L S-EMI的缓蚀率可达到68.32%;浓度为800mg/L S-DMI的缓蚀率可达到89.45%;浓度为900mg/L S-HMI的最高缓蚀率可达到89.52%。三种添加剂的缓蚀性能相比,S-DMI和S-HMI的抗腐蚀效果较好。这是因为氨基酸咪唑啉分子中烷基侧链的适当增长有助于其表面形成保护膜稳定性的增强,从而增强其在模拟海水中的缓蚀性能。综上,三种添加剂的缓蚀润滑性能相比,S-DMI在模拟海水中的性能最好。3.合成2-巯基苯并噻唑乙酸咪唑啉(2-SHMI)。不同载荷下,含浓度2.0wt%2-SHMI的模拟海水基础液中,其磨斑直径和摩擦系数均较小。浓度为2.5wt%时,其极压值达到392N,是基础液极压值的4倍。与基础液相比,含2-SHMI水基基础液的摩擦系数随时间的增长,摩擦系数相对更小,同时摩擦系数曲线趋于稳定。SEM形貌分析表明,在水基基础液中加入2-SHMI,钢球的磨斑直径明显减小,同时划痕变浅。EDS和XPS测试表明,2-SHMI是通过在金属表面形成含S、N的保护膜起到很好的缓蚀和润滑的作用。