黃國威,李 婷,樊舒凱,巴召文,張 明,蔡美榮*

(1.蘭州理工大學(xué) 省部共建有色金屬先進(jìn)加工與再利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室,甘肅 蘭州 730050;2.中科院蘭州化學(xué)物理研究所 固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗室,甘肅 蘭州 730000;3.山東理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,山東 淄博 255000)

類離子液體是指完全由陰陽離子組成的離子型化合物，其熔點(diǎn)一般低于150 ℃，類離子液體廣義上被納入離子液體的范疇，二者并無明顯的區(qū)分界限[1-2].類離子液體具有與離子液體相似的理化性質(zhì)，如不燃性、低揮發(fā)性、較低的凝固點(diǎn)、良好的熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性以及較強(qiáng)的分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計性等優(yōu)異的綜合性能[3-5].2001年劉維民研究員首次將1-甲基-3-己基咪唑四氟硼酸鹽(L106)與1-乙基-3-己基咪唑四氟硼酸鹽(L206)兩種離子液體作為高性能潤滑劑，研究結(jié)果表明離子液體對多種摩擦副均表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能[6].此后，研究者們在離子液體作為高性能潤滑劑、潤滑添加劑和潤滑薄膜等方面開展了大量細(xì)致的研究工作[7-11].離子液體的合成過程復(fù)雜及原料價格高昂等缺點(diǎn)極大地限制了離子液體作為純潤滑劑的使用，但離子液體自身優(yōu)異的摩擦學(xué)性能和較強(qiáng)的邊界成膜能力使其成為基礎(chǔ)油的高效添加劑[12-14].類離子液體作為潤滑添加劑的研究仍鮮有報道，同時該方向的研究將進(jìn)一步拓展類離子液體的研究深度和應(yīng)用范圍.

然而，類離子液體自身較大的極性使其在低極性基礎(chǔ)油中的溶解性較差，因此，其作為潤滑添加劑時須先降低其分子極性，而離子液體通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計以降低分子極性，增加其在基礎(chǔ)油中的溶解性等方面的研究工作為類離子液體的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了強(qiáng)有力的試驗基礎(chǔ)和理論指導(dǎo).研究發(fā)現(xiàn)增加離子液體分子中的烷基鏈長度和數(shù)量以及增強(qiáng)分子結(jié)構(gòu)整體對稱性可顯著降低離子液體的分子極性，提高其在基礎(chǔ)油中的溶解性[15-17].Gusain等[18]研究人員合成了系列環(huán)境友好型的脂肪酸衍生離子液體并將其作為礦物油150SN的添加劑，該類離子液體在基礎(chǔ)油中具有良好的溶解性，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時混合油樣表現(xiàn)出優(yōu)異的減摩抗磨性能.Bapat等[19]制備的親脂聚甲基丙烯酸酯類離子液體在聚α烯烴PAO-4中具有良好的溶解性，并顯著改善了基礎(chǔ)油對鋼/鋼摩擦副的摩擦學(xué)性能.Jiang等[20]合成了多功能質(zhì)子型離子液體并將其作為PAO-4的添加劑，試驗結(jié)果表明該類離子液體比傳統(tǒng)抗磨添加劑二烷基二硫代磷酸鋅(ZDDP)具有更加優(yōu)異的減摩抗磨性能.Yu等[21]合成了兩種同時含磷和氮等活性元素的離子液體并將其分別作為聚α烯烴PAO-10的添加劑，研究結(jié)果表明該類離子液體比ZDDP和磷酸三甲苯酯(T306)等添加劑表現(xiàn)出更加優(yōu)異的減摩抗磨性能和抗腐蝕性能.Qu等[12,22]制備了系列季磷鹽油溶性離子液體并將其分別作為PAO-4的添加劑，試驗結(jié)果表明在摩擦過程中該類離子液體可在金屬表面形成約0.2 μm的邊界摩擦化學(xué)反應(yīng)膜，顯著改善了基礎(chǔ)油的摩擦學(xué)性能.

膽固醇作為甾體類化合物的一種，廣泛存在于生物體中，是所有動物生命活動的重要組成部分.膽固醇具有四環(huán)相連的分子結(jié)構(gòu)，包括3個六元環(huán)和1個五元環(huán)，其特殊的片層結(jié)構(gòu)使其溶解在基礎(chǔ)油時可在摩擦副邊界形成強(qiáng)而穩(wěn)定的吸附膜[23].同時，膽固醇具有較強(qiáng)的分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計性，因此，可通過設(shè)計制備膽固醇的衍生物以增加其在基礎(chǔ)油中的溶解性及提高其作為添加劑的減摩抗磨性能.Gao等[24]合成了系列含不同烷基鏈長的膽固醇酯衍生物，并將其作為PAO-4的添加劑，該類離子液體在基礎(chǔ)油中具有良好的溶解性，同時混合油樣對鋼/鋼摩擦副表現(xiàn)出良好的減摩抗磨性能.Li等[25]合成制備了一種膽固醇類離子液體并將其作為多烷基化環(huán)戊烷(MAC)的潤滑添加劑，該類離子液體表現(xiàn)出良好的油溶性，對鋼/聚酰胺(PA)、聚酰亞胺(PI)等多種摩擦副均具有良好的減摩抗磨性能.

本文作者采用三丁基膦對膽固醇的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計以增加其分子結(jié)構(gòu)中的烷基鏈長度和分子體積，進(jìn)一步降低其分子極性，制備低極性的膽固醇類季磷鹽氯化物.將其分別與磷酸二丁酯鈉和多庫酯鈉進(jìn)行離子交換合成制備兩種膽固醇類離子液體：膽固醇類磷酸酯類離子液體和膽固醇類多庫酯類離子液體，并將兩種離子液體分別作為PAO-10的潤滑添加劑.采用微動摩擦磨損試驗機(jī)SRV-IV考察不同混合體系的摩擦學(xué)性能，同時通過系列表面分析技術(shù)對磨斑表面形貌以及磨斑表面的元素組成與分布進(jìn)行考察，探究兩種類離子液體在摩擦過程中可能發(fā)生的摩擦化學(xué)反應(yīng)，最終確定兩種油溶性類離子液體作為潤滑添加劑的作用機(jī)制.

1 試驗部分

1.1 試驗材料

磷酸二丁酯和三丁基膦購于TCI，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為97%和95%；膽固醇甲酰氯購于Macklin公司，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97%；多庫酯鈉購于薩恩化學(xué)技術(shù)(上海)有限公司，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%；金屬鈉、氯乙醇、吡啶、二氯甲烷和三氯甲烷購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，均為分析純.

1.2 膽固醇類油溶性類離子液體的制備

以三氯甲烷為溶劑，將磷酸二丁酯與過量的鈉屑攪拌反應(yīng)至無氣泡產(chǎn)生，過濾除去未反應(yīng)的鈉屑，旋蒸除去大部分溶劑，經(jīng)真空干燥除去少量剩余溶劑得到白色固體磷酸二丁酯鈉鹽[26].膽固醇類油溶性類離子液體按照文獻(xiàn)[27]進(jìn)行合成制備.具體實(shí)施步驟如下：以二氯甲烷為溶劑，將44.9 g (0.1 mol)膽固醇甲酰氯、9.7 g (0.12 mol)氯乙醇與9.5 g (0.12 mol)吡啶置于500 mL圓底燒瓶中，在50 ℃條件下攪拌回流4 h；反應(yīng)完全后，經(jīng)過濾、水洗以及旋蒸除去未反應(yīng)的原料和反應(yīng)副產(chǎn)物，得到中間產(chǎn)物膽固醇甲酸氯乙酯；以二氯甲烷為溶劑，將膽固醇甲酸氯乙酯與三丁基膦按摩爾比1:1.05混合，在50 ℃條件下攪拌回流12 h；反應(yīng)完全后，旋蒸除去溶劑，以正己烷為溶劑將得到的粗產(chǎn)物溶解，經(jīng)多次重結(jié)晶對產(chǎn)物進(jìn)行純化，真空干燥得到膽固醇類季磷氯鹽；將得到的上述產(chǎn)物分別與磷酸二丁酯鈉鹽和多庫酯鈉鹽按摩爾比1:1.05混合，以三氯甲烷為溶劑，在60 ℃條件下反應(yīng)48 h，經(jīng)過濾、水洗、旋蒸和真空干燥得到白色固體粉末，分別為膽固醇類磷酸二丁酯鹽([TCHP][DBP])與膽固醇類多庫酯鹽([TCHP][DOSS])，相應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示.采用NMR,INOVA-400 M型核磁共振儀表征[TCHP][DBP]與[TCHP][DOSS]的化學(xué)結(jié)構(gòu)，二者的1H核磁共振譜圖如圖2所示.

采用傅氏轉(zhuǎn)換紅外線光譜分析儀(FT-IR)進(jìn)一步表征[TCHP][DBP]與[TCHP][DOSS]的化學(xué)結(jié)構(gòu)，結(jié)果如圖3所示.2 939和1 387 cm?1分別對應(yīng)C-H伸縮振動峰和對稱彎曲振動峰，1 746 cm?1為C=O伸縮振動峰，1 247 cm?1為C-O的伸縮振動峰.而[TCHP][DOSS]分子結(jié)構(gòu)中含有較多的酯基和烷基，因此，二者在相同的出峰位置，[TCHP][DOSS]的振動吸收峰更強(qiáng).1 470 cm?1為C–P的伸縮振動峰，1 294 cm?1為C-S和P-O的伸縮振動峰，900～1 300 cm?1范圍內(nèi)為S=O和P=O雙鍵的伸縮振動峰，二者的出峰位置接近，故1 098和1 023 cm?1分別為S=O和P=O的伸縮振動峰.

Fig.1 The molecular structures of cholesterol-based oil soluble pseudo ionic liquids圖1 膽固醇類油溶性類離子液體的分子結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.2 The 1H NMR spectra of cholesterol-based oil soluble pseudo ionic liquids圖2 膽固醇類油溶性類離子液體的1H核磁共振譜圖

Fig.3 The infrared spectra of cholesterol-based oil soluble pseudo ionic liquids圖3 膽固醇類油溶性類離子液體的紅外譜圖

1.3 膽固醇類油溶性類離子液體熱穩(wěn)定性測試

采用STA 449 C型同步熱分析儀(TGA-DSC)測試兩種膽固醇類油溶性類離子液體的熱穩(wěn)定性和相轉(zhuǎn)變溫度，分析條件為氮?dú)夥諊?、升溫速?0 ℃/min、溫度為室溫至600 ℃，結(jié)果如圖4所示.由測試結(jié)果可知，[TCHP][DBP]和[TCHP][DOSS]的熱分解起始溫度分別為305.1和306.4 ℃，當(dāng)質(zhì)量剩余50%時兩種類離子液體對應(yīng)的溫度分別為322.6和325.0 ℃，如圖4中綠色曲線所示，試驗結(jié)果表明兩種類離子液體均具有良好的熱穩(wěn)定性.從DSC曲線可以看出[TCHP][DBP]和[TCHP][DOSS]分別在121.7和113.9 ℃出現(xiàn)明顯的吸熱峰，因此，兩種類離子液體的相轉(zhuǎn)變溫度分別為121.7和113.9 ℃，如圖4中藍(lán)色曲線所示.

Fig.4 The TGA-DSC curves of the two pseudo ionic liquids圖4 兩種類離子液體的TGA-DSC曲線

1.4 溶解性和分散穩(wěn)定性測試

為研究兩種類離子液體在基礎(chǔ)油PAO-10中的溶解性，將兩種類離子液體按不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、1.0%和1.5%分別添加至基礎(chǔ)油中，加熱攪拌至其完全溶解，獲得均一透明的混合油樣.將得到的混合油樣在室溫下靜置30 d，考察兩種類離子液體在基礎(chǔ)油中的溶劑性和分散穩(wěn)定性.圖5(a)為空白油樣PAO-10，圖5(b～d)依次對應(yīng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、1.0%和1.5%[TCHP][DBP]的混合油樣，圖5(e～g)依次對應(yīng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、1.0%和1.5% [TCHP][DOSS]的混合油樣.混合油樣經(jīng)30 d靜置處理后并未出現(xiàn)渾濁和沉淀現(xiàn)象，仍為均一透明液體，表明制備的膽固醇類油溶性類離子液體在PAO-10中具有良好的溶解性和分散穩(wěn)定性，結(jié)果如圖5所示.

1.5 混合油樣的物理參數(shù)測定

采用Anton Paar SVM 3000型黏度計測試兩種類離子液體在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下混合油樣的物理參數(shù)，如表1所示.測試結(jié)果表明兩種類離子液體對基礎(chǔ)油的密度及在25 和40 ℃溫度條件下的運(yùn)動黏度等物理參數(shù)影響較小.但在100 ℃時，與基礎(chǔ)油相比，混合油樣的運(yùn)動黏度顯著提高，導(dǎo)致混合油樣的黏度指數(shù)遠(yuǎn)高于前者，表明混合油樣的黏度受溫度的影響較小.

Fig.5 Solubility and dispersity of cholesterol-based oil soluble pseudo ionic liquids in PAO-10圖5 膽固醇類油溶性類離子液體在PAO-10中的溶解性和分散穩(wěn)定性

表1 含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)類離子液體的混合油樣的物理參數(shù)Table 1 Physical parameters of mixed oil samples with different mass concentrations of pseudo ionic liquids

1.6 摩擦學(xué)性能測試

采用SRV-IV型球-盤接觸式微振動摩擦磨損試驗機(jī)考察混合油樣的摩擦學(xué)性能.上試鋼球為GCr15的AISI 52100軸承鋼，直徑和硬度分別為10 mm和 66～68 HRC，下試盤為φ24 mm×7.9 mm的2024鋁合金.具體試驗步驟如下：試驗前分別用丙酮和乙醇對鋼球與下試盤進(jìn)行超聲清洗以清除表面的防銹油，然后將清洗晾干后的鋼球與下試盤裝入測試儀器，將約0.2 ml的混合油樣滴加至球-盤接觸區(qū)域，按設(shè)定程序開始試驗；一次試驗結(jié)束后，用酒精棉球?qū)撉蚺c下試塊表面的混合油樣移除并擦拭干凈，選取鋼球與下試塊新的位置并滴加另一混合油樣開始下次試驗；試驗結(jié)束后，用丙酮與乙醇分別對測試后的鋼球與下試塊進(jìn)行超聲清洗以除去殘留在表面的測試油樣.每組試驗均重復(fù)3次以保證試驗數(shù)據(jù)的可靠性.采用MicroXAM 3D非接觸式表面三維輪廓儀測量下試塊的磨損體積，采用JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察磨斑的表面形貌以確定其磨損類型，采用X射線能譜儀(EDS)與PHI-5702型X射線光電子能譜儀(XPS)測試磨斑表面的元素分布與組成，探究膽固醇類油溶性類離子液體與鋁基底表面在摩擦過程中可能發(fā)生的摩擦化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步闡明兩種類離子液體作為潤滑添加劑的作用機(jī)制.

2 結(jié)果與討論

2.1 摩擦學(xué)性能測試

采用SRV-IV微振動摩擦磨損試驗機(jī)考察兩種類離子液體[TCHP][DBP]與[TCHP][DOSS]在不同添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.5%、1.0%和1.5%)下對鋼/鋁摩擦副的摩擦學(xué)性能，測試條件為室溫、載荷為100 N、頻率為25 Hz，結(jié)果如圖6所示.試驗結(jié)果表明，以空白基礎(chǔ)油PAO-10為潤滑劑時，跑合期后其摩擦系數(shù)隨著時間的增加而逐漸增大，試驗結(jié)束時其摩擦系數(shù)和磨損體積分別約為0.20和23.52×106μm3.當(dāng)[TCHP][DBP]的添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、1.0%和1.5%時，混合油樣表現(xiàn)出良好的摩擦學(xué)性能，其摩擦系數(shù)以及磨損體積分別為0.142、0.120和0.117以及9.65×106、10.39×106和11.83×106μm3，如圖6(a)和(c)所示.當(dāng)[TCHP][DOSS]為潤滑添加劑時，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.5%、1.0%和1.5%時對應(yīng)的摩擦系數(shù)以及磨損體積分別為0.125、0.124和0.122以及8.63×106、11.42×106和13.14×106μm3，如 圖6(b)和(d)所示.試驗結(jié)果表明，當(dāng)二者的添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時，與添加[TCHP][DOSS]的混合油樣相比，添加[TCHP][DBP]的混合油樣相應(yīng)的摩擦系數(shù)較低，但其磨損量要稍高于前者；隨著潤滑添加劑添加量的增加，二者的摩擦系數(shù)相差較小，但后者的磨損體積略高于前者，該原因?qū)⒃诤笪脑敿?xì)闡述.

Fig.6 Evolution of friction coefficients and corresponding wear volumes for steel/ aluminum contacts lubricated by PAO-10 with different mass concentrations of pseudo ionic liquids圖6 不同質(zhì)量濃度的類離子液體作為PAO-10添加劑時潤滑鋼/鋁摩擦副的摩擦系數(shù)隨時間的變化曲線以及相應(yīng)的磨損體積

2.2 潤滑機(jī)理探究

采用光學(xué)電鏡和掃描電子顯微鏡分析磨斑的表面形貌，明確不同潤滑劑條件下摩擦副間的磨損類型.圖7分別給出了以空白PAO-10和添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的[TCHP][DBP]與[TCHP][DOSS]的混合油樣為潤滑劑時下試鋁塊磨斑放大50倍[圖7(a～g)]和500倍[圖7(a’～g’)]的表面形貌圖像.以空白PAO-10為潤滑劑時，磨斑表面出現(xiàn)大量的剝離坑，但未見明顯的腐蝕痕跡，此時摩擦副間主要以黏著磨損為主，如圖7(a)和(a’)所示[28].當(dāng)以添加兩種離子液體的混合油樣為潤滑劑時磨斑直徑顯著降低，磨斑表面出現(xiàn)明顯的犁溝和腐蝕斑，此時摩擦副間主要以磨粒磨損和腐蝕磨損為主[29].高倍電鏡結(jié)果表明隨著離子液體濃度的增大磨斑表面的腐蝕斑數(shù)量顯著增加，腐蝕磨損逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位.同時在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下以[TCHP][DOSS]為添加劑時相應(yīng)磨斑表面腐蝕程度略高于[TCHP][DBP]，該結(jié)果很好地解釋了圖4的摩擦磨損結(jié)果：分別以[TCHP][DBP]和[TCHP] [DOSS]為添加劑時，后者的摩擦系數(shù)雖略低于前者，但在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下后者的腐蝕磨損要高于前者，導(dǎo)致其磨損體積反而高于前者.

Fig.7 Morphologies of wear scar surfaces of aluminum blocks lubricated the mixed oil samples with different mass concentrations of the two pseudo ionic liquids圖7 添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的兩種類離子液體的混合油樣分別對應(yīng)鋁塊磨斑的表面形貌

為進(jìn)一步考察兩種類離子液體的腐蝕性能，試驗選取兩種類離子液體添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為1.5%的混合油樣，分別考察其對銅塊的腐蝕，試驗條件為溫度200 ℃、保溫時間12 h.試驗前用金相砂紙對銅塊進(jìn)行拋光處理，接著將拋光后的銅塊置于石油醚中超聲處理以除去銅塊表面的磨屑.將處理好的銅塊分別放入兩個稱量瓶中，將約5 g的兩種混合油樣分別添加至稱量瓶，并將處理好后的稱量瓶放入200 ℃的鼓風(fēng)干燥箱中保溫12 h.將處理后的銅塊從混合油樣中取出，用石油醚超聲清洗銅塊以除去其表面的混合油樣，最終得到經(jīng)兩種混合油樣處理后的銅塊，如圖8(b)和(c)所示.試驗結(jié)果表明經(jīng)兩種混合油樣處理后的銅塊表面仍存在明顯的拋光紋路，說明兩種類離子液體對銅塊的腐蝕較弱.經(jīng)1.5% [TCHP][DBP]混合油樣處理后的銅塊表面顏色較淺，只是邊緣顏色較深，如圖8(b)所示；而經(jīng)1.5% [TCHP][DOSS]混合油樣處理后的銅塊表面整體顏色較深，具有明顯的腐蝕痕跡，如圖8(c)所示.試驗結(jié)果表明：與[TCHP][DBP]相比，[TCHP][DOSS]具有更強(qiáng)的腐蝕性能，該試驗結(jié)果與磨斑表面形貌的SEM照片結(jié)果一致.

Fig.8 Photographs of copper pieces (a) before corrosion and after corrosion treated by (b) 1.5% [TCHP][DBP] and(c) 1.5% [TCHP][DOSS]圖8 銅塊照片：(a)腐蝕前；(b)與(c)分別對應(yīng)經(jīng)過1.5% [TCHP][DBP]和1.5% [TCHP][DOSS]混合油樣處理后

Fig.9 XPS spectra of (a) C1s,(b) Al2p,(c) P2p and (d) S2p of worn scars lubricated by the mixed oil samples with different mass concentrations of pseudo ionic liquids圖9 添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)類離子液體的混合油樣對應(yīng)磨斑表面的(a) C1s,(b) Al2p,(c) P2p與(d) S2p的XPS譜圖

為近一步探究兩種類離子液體在摩擦過程中可能發(fā)生的摩擦化學(xué)反應(yīng)，采用XPS對磨斑表面的元素組成進(jìn)行分析，試驗結(jié)果如圖9所示.C1s的結(jié)合能出現(xiàn)在284.8 eV，表明在摩擦過程中混合體系中的有機(jī)分子發(fā)生分解反應(yīng)生成相應(yīng)的含碳有機(jī)化合物，如圖9(a)所示[21].圖9(b)中Al2p的結(jié)合能出現(xiàn)在71.4與74.1 eV附近，對應(yīng)的化合物為Al2O3以及含鋁酸鹽[30].圖9(c)結(jié)果顯示磨斑表面P2p的結(jié)合能為133.2 eV，對應(yīng)含磷有機(jī)化合物與硬質(zhì)磷酸鹽化合物，表明在摩擦過程中離子液體自身以及離子液體中的磷元素與鋁基底發(fā)生了相應(yīng)的摩擦化學(xué)反應(yīng)[31]]TCHP][DOSS]混合體系對應(yīng)磨斑表面S2p的結(jié)合能約為168 eV，對應(yīng)含硫有機(jī)物與硫酸鹽化合物，但硫元素的譜峰較弱，可能與混合體系中硫元素的含量較低有關(guān)，試驗結(jié)果如圖9(d)所示[32]，表明[TCHP][DOSS]中的活性元素硫可與鋁基底發(fā)生反應(yīng)生成相應(yīng)的耐磨損化合物進(jìn)而起到抗磨損作用.

分別以兩種類離子液體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的混合油樣對應(yīng)鋁塊磨斑為研究對象，采用EDS進(jìn)一步探究磨斑表面的元素分布與組成，試驗結(jié)果如圖10與表2所示.試驗結(jié)果表明兩種混合油樣對應(yīng)磨斑表面的C與Al兩種元素的含量非常接近，與1.5% [TCHP][DBP]混合油樣對應(yīng)磨斑相比，1.5% [TCHP][DOSS]混合油樣對應(yīng)磨斑表面的O元素含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.32%)顯著降低，而P元素含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.06%)顯著增加，同時后者出現(xiàn)含量更高的S元素(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.08%).表明1.5%[TCHP][DOSS]混合油樣更易與鋁基底表面發(fā)生反應(yīng)生成起保護(hù)作用的磷化物和硫化物.但磨斑表面氧化物的減少使離子液體與基體更易反應(yīng)，從而加劇了金屬基底的腐蝕磨損，進(jìn)而導(dǎo)致鋁基體的磨損量增加.該試驗結(jié)果可很好地解釋為何在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下[TCHP][DOSS]混合油樣的抗磨損性能略差.

表2 混合油樣中兩種類離子液體質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為1.5%時對應(yīng)磨斑表面的元素含量Table 2 Elements content of the wear scare surfaces lubricated by the mixed oil samples with 1.5% of the two pseudo ionic liquids

3 結(jié)論

a.合成制備了兩種膽固醇類油溶性類離子液體[TCHP][DBP]和[TCHP][DOSS]，靜置試驗與熱分析結(jié)果表明兩種類離子液體在基礎(chǔ)油PAO-10中具有良好的溶解性和熱穩(wěn)定性.

Fig.10 Elements distribution of the wear scare surfaces lubricated by the mixed oil samples with 1.5% of the two pseudo ionic liquids圖10 兩種添加類離子液體質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為1.5%的混合油樣對應(yīng)磨斑表面的元素分布

b.摩擦學(xué)性能測試結(jié)果表明兩種類離子液體可顯著提高基礎(chǔ)油的減摩抗磨性能，同時隨著類離子液體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，混合油樣對鋁基體的腐蝕磨損增加，磨損量亦隨之增大.在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，添加[TCHP][DOSS]的混合油樣更易與鋁基底發(fā)生腐蝕反應(yīng)產(chǎn)生更大的腐蝕磨損.

c.類離子液體的作用機(jī)理可歸于在摩擦過程中類離子液體中的P和S等活性元素易與鋁基底表面發(fā)生摩擦化學(xué)發(fā)應(yīng)生成磷酸鹽和硫酸鹽等耐磨化合物，提高了金屬基底的耐磨損性能.