二烷基二硫代磷酸锌的摩擦化学反应机理及其替代品研究现状

二烷基二硫代磷酸锌(Zinc dialkyldithiophosphate,ZDDP)是目前润滑油中功能最全、应用最多的添加剂,因对环境有害致使其用量受到严格限制,深入理解ZDDP的摩擦化学反应机理对于推动润滑油技术发展具有重要意义。首先,介绍了ZDDP的基本性能及应用,商用ZDDP是一种复杂的混合物,每一种组分的类型或比例变化都会影响其使用性能。其次,概述了ZDDP摩擦化学反应机理的研究进展,重点论述了温度、应力(接触应力、剪切应力)、湿度、ZDDP烷基结构、配副材质(金属、非金属)和形貌等因素对ZDDP摩擦化学反应过程及摩擦膜摩擦磨损性能的影响,分析了ZDDP摩擦化学反应的主要驱动因素。此外,从开发不同于ZDDP结构的新型添加剂(纳米粒子、离子液体等)和改进分子结构与ZDDP相似的低或无硫磷添加剂两个方面总结了ZDDP替代品研制的主要成果以及实现工业化应用需要解决的问题。最后,对ZDDP的未来发展方向进行了展望,ZDDP自身结构性能优化、与新材料或新涂层的摩擦兼容性能、与新型添加剂的复配性能以及从微纳尺度深入探究ZDDP摩擦化学反应机理将成为研究人员关注的重点。

摩擦化学反应对发动机油润滑耐久性能的影响

利用SRV高温摩擦磨损试验机比较了两种分别属于GF 2和GF 3等级, 含有MoDTC摩擦改进剂的发动机油的耐久性。结果表明, 由于GF 3等级发动机油能使活塞环和缸套试样表面更加平整光滑, 且由于Ca清静剂与MoDTC/ZDTP的协同作用, 通过摩擦化学反应, 在摩擦表面形成良好的摩擦反应膜, 从而使它拥有更好的润滑耐久性能。

摩擦化学反应润滑技术在干切削中的应用

分析了干切削中摩擦化学反应润滑的机理,对国内外摩擦化学反应在干切削润滑中的应用进行了综合评述,指出了各种润滑方式的作用和特点,提出了干切削中摩擦化学反应润滑今后的几个发展方向。

摩擦化学反应对环氧复合材料摩擦性能的影响

碳纤维和纳米粒子混杂填充环氧复合材料对其减摩耐磨性能的提高具有协同效用。为了研究其协同作用机制,用X射线光电子能谱仪(XPS)对材料摩擦前后磨损面进行分析;用与扫描电镜联用的X射线能谱仪(EDS)对摩擦后的对偶面进行分析;用纳米闪光导热仪对材料的导热系数进行分析;用热分析仪对材料磨损面热性能进行分析。结果表明,复合材料中碳纤维增加了基体的导热性,纳米粒子增强了基体的力学性能,减弱了分子链的氧化降解反应,混杂填料兼备两方面的因素且互相促进,在提高复合材料的减摩耐磨性中表现出协同效应。

边界润滑过程中摩擦化学反应机理的研究进展

对近年来国内外关于边界润滑过程中摩擦化学研究工作的相关文献进行了调研、汇总和分析,主要内容包括:边界润滑膜的形成机理;基础油及添加剂的摩擦化学反应;摩擦化学反应膜的承载能力测定方法等。在此基础上,结合润滑油及其添加剂的发展趋势对今后摩擦化学的热点问题进行了总结和展望。

摩擦化学反应活化能在SiO_2-CMP中的作用

基于摩擦化学反应动力学,在修正阿伦尼乌斯公式的基础上,建立了考虑摩擦效应在内的化学反应速率方程,并建立SiO2介质膜化学机械抛光总材料去除率模型;同时,通过浸泡、变温抛光试验确定了材料去除模型.研究结果表明,在化学机械抛光(CMP)过程中,因为反应速率对温度的依赖程度降低,摩擦产生的机械能除了部分转化为热能等其他形式的能,绝大部分直接转化为化学能,即直接降低了化学反应活化能,从而提高了反应速率;纯化学作用和纯机械作用在整个CMP去除量中所占比重很小,可以忽略不计;不同浓度通过对摩擦力和活化能降低量的影响,从而影响了温度和抛光效果的相关性,活化能降低量与摩擦力基本呈线性关系.

金属加工中的摩擦化学反应与节能润滑技术

论述了金属加工中的表面摩擦化学反应、润滑剂浓度和反应活性与腐蚀磨损的关系及其边界极压润滑效果。提出了金属切削加工和成形加工中的一些节能润滑技术。

硼酸酯摩擦化学反应的热力学分析

在高温高压下,硼酸三丙酯具有极压抗磨性能,从热力学的角度分析了硼酸三丙酯在摩擦界面发生的摩擦化学反应。

Si_3N_4与Si_3N_4-hBN陶瓷配副在水润滑下的摩擦化学行为

利用MMU-5G销-盘式端面磨损试验机考察了蒸馏水润滑条件下Si3N4-hBN(六方氮化硼)复合陶瓷与Si3N4陶瓷配副时的摩擦磨损性能,并分别采用扫描电子显微镜、激光扫描显微镜、X光电子能谱和X射线能谱分析了摩擦面的形貌和物质组成.结果表明:在滴定法水润滑条件下,Si3N4-hBN/Si3N4配副的摩擦因数随hBN含量的增加而显著降低,当hBN体积分数为20%时,摩擦因数降至0.01,Si3N4-hBN的磨损率接近0;在浸入法水润滑条件下,Si3N4-hBN/Si3N4配副的摩擦因数均降至0.01.在滴定法水润滑条件下,磨屑不易被水带走,当Si3N4-hBN与Si3N4配副摩擦时,由于Si3N4-hBN摩擦面上hBN偏聚区域发生脆性断裂和剥落而形成剥落坑,磨屑在剥落坑中堆积并氧化、水解,反应产物富集于剥落坑中,进而在摩擦表面形成含B2O3和SiO2的摩擦化学反应膜,从而保护了Si3N4-hBN和Si3N4摩擦面,使其变得光滑,为发生流体润滑提供了条件.

摩擦化学专家系统的设计初探

以实验理论研究为基础 ,对运用专家系统模拟有机硼酸酯的摩擦化学反应进行了初步研究 ,探讨了摩擦化学专家系统的知识库和分子式识别子系统的设计方法以及其推理过程。

碳化硼-碳化硼摩擦副的摩擦磨损特性研究

考察了热压碳化硼 -碳化硼摩擦副在室温下的摩擦磨损特性 ,并采用 X射线衍射仪测定了磨损表面的物相组成 .结果表明 :碳化硼 -碳化硼摩擦副的摩擦系数随滑行距离和载荷的增加而减小 ,最低摩擦系数为 0 .0 9;在低载荷下初始阶段摩擦系数较高 (0 .3～ 0 .4) ,磨损率极低 ,无法用表面轮廓仪测得 .磨损表面 X射线衍射分析表明 ,在摩擦过程中接触表面发生了摩擦化学反应 ,生成了 B2 O3和 H3BO3等物质 ,从而使摩擦系数降低 .

SiC表面水滴型微织构的水润滑特性研究

目的 提高水润滑条件下SiC陶瓷的摩擦性能。方法 通过对剪切力矩和摩擦因数的测试和计算,结合扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察试件表面的磨痕形貌及元素含量分布,分析转速、载荷和织构排布方式对变深度水滴型织构在SiC表面摩擦因数、磨损特征和摩擦化学反应的影响规律。结果 在变深度动压弹流润滑和摩擦化学反应的协同作用下,单侧水滴型织构试件在润滑介质从小端流向大端时可以实现更好的润滑性能,并且随着转速从200 r/min升至900 r/min,稳定摩擦因数从0.004增至0.068,远低于相同工况下斜槽型织构和无织构的光滑表面试件。对于水滴型织构,当润滑介质从大端流向小端时,其呈现的摩擦因数与无织构表面光滑试件的摩擦因数相近,维持在0.014~0.114。双侧水滴型织构在重载时具有更优异的润滑减摩效果,在200~900 r/min的转速范围内,能够提供稳定且较小的摩擦因数。结论 在SiC材料表面设计具有变深度特征的水滴型织构,可以有效提高系统的润滑减摩效果,特别是当润滑介质从织构较浅处流向较深处时,可以促进SiC试件表面的摩擦化学反应,生成的氧化物薄膜会覆盖在试件表面形成保护层,使SiC陶瓷的摩擦学行为得到改善。

十二烷氧基硼酸镧抗磨减摩添加剂的合成及摩擦学性能研究

合成了十二烷氧基硼酸镧(简称LaDOB)。以十二烷氧基硼酸镧为添加剂,采用四球实验机和环 -块摩擦实验机评价了其抗磨减摩性能。结果表明LaDOB使HVI500基础油的抗磨性能得到明显改善, 400N负荷下长磨 60min时,磨斑直径从基础油的 1 76mm降为含添加剂时的 0 65mm;其承载能力明显提高,最大无卡咬负荷从基础油的 558N增加到含 3 0%添加剂时的 834N,同时摩擦因数明显降低。X 射线光电子能谱 (XPS)分析表明,添加剂在摩擦过程中发生了摩擦化学反应,生成的产物La2O3 和B2O3 沉积在摩擦副表面,形成抗磨减摩膜,从而改善其摩擦磨损性能。

干摩擦条件下Si_3N_4-hBN复合陶瓷与1Cr18Ni9Ti配副的摩擦学特性研究

利用MMU-5G销-盘式端面磨损试验机考察了干摩擦条件下Si3N4-hBN复合陶瓷与1Cr18Ni9Ti配副时的摩擦磨损性能,分别采用扫描电子显微镜(SEM)、激光扫描显微镜(LSM)、X光电子能谱仪(XPS)、X射线能谱仪(EDS)、电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)分析摩擦面以及磨屑的形貌和物质组成.结果表明:Si3N4-hBN/1Cr18Ni9Ti摩擦副的摩擦系数随hBN含量的增加而降低,当hBN体积含量为30%时,摩擦系数降至0.03,Si3N4-hBN复合陶瓷的磨损率接近于零.在干摩擦条件下,Si3N4-hBN复合陶瓷与1Cr18Ni9Ti配副时,摩擦表面上形成含SiO2、B2O3和Fe2O3的表面膜,起到良好的减摩作用.

膦酸酯类离子液体作为钢/铜锡合金润滑剂的摩擦学性能及其机理研究

合成了三种膦酸酯类离子液体,在微动摩擦磨损试验机SRV-IV上评价其作为钢/铜锡合金润滑剂的摩擦学性能,并与全氟聚醚及传统离子液体1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐对比.采用扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行了分析.结果表明:所合成的膦酸酯类离子液体在常温及高温下均表现出优于全氟聚醚及1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐离子液体的摩擦学性能.离子液体分子的极性使其形成有效的吸附润滑膜,并且膦酸酯类离子液体与金属基底发生了摩擦化学反应,形成了摩擦化学反应膜,从而使该离子液体表现出优异的摩擦学性能.

丁氧基二硫代碳酸-S-乙酸酯类化合物的合成、表征和摩擦学性能初步研究

合成了3个丁氧基二硫代碳酸-S-乙酸酯新型化合物,采用核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、红外光谱、紫外光谱、质谱和元素分析对添加剂分子结构进行了表征.同时采用热失重分析(TGA)对其热稳定性进行了评价,利用四球摩擦磨损试验机考察了其在液体石蜡中的摩擦学行为,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了钢球的磨损表面形态.结果表明:3种添加剂具有比ZDDP更好的抗磨性能和承载能力;其良好的抗磨和极压性能归因于含添加剂的液体石蜡在摩擦过程中发生摩擦化学反应,并生成了主要由FeSO4、FeS2及铁的氧化物等组成的边界膜.

DLC和CrN薄膜在油润滑下的摩擦性能

文摘采用闭合场非平衡直流磁控溅射技术和阴极电弧离子镀技术在轴承钢表面分别制备了DLC和Cr N薄膜,在全配方发动机油(CF-4,15W/40)润滑条件下,选择DLC/钢、Cr N/钢摩擦配副,用SRV-IV摩擦实验机考察了25℃和100℃时DLC与Cr N薄膜在不同载荷下的摩擦因数和磨损率,并对摩擦界面进行分析。结果表明:DLC和Cr N薄膜在油润滑条件下的摩擦因数都随着载荷的增加而降低;DLC和CF-4构成的固液复合润滑体系具有更加优异的摩擦学性能;活性较高的Cr N薄膜与发动机油中的添加剂相互作用,在摩擦界面上发生摩擦化学反应形成摩擦化学反应膜,并且薄膜表面形成的氧化层有利于提高薄膜在高温时的耐磨性。

膦酸酯离子液体作为两种碳氢润滑油添加剂的摩擦学行为及机理研究

合成了三种膦酸酯离子液体,在微动微振摩擦磨损试验机SRV-IV上评价其作为两种碳氢润滑油(矿物油和聚α-烯烃)的添加剂对钢/钢摩擦副的摩擦学性能.采用扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行了分析.结果表明:膦酸酯离子液体能够有效改善这两种碳氢润滑油的摩擦学性能,离子液体分子的极性性质使其能够从基础油中不断吸附到金属表面,形成有效的吸附润滑膜,并且膦酸酯离子液体与金属基底发生了摩擦化学反应,形成了摩擦化学反应膜,从而使该离子液体表现出优异的减摩抗磨性能.

离子液体作为钢-聚四氟乙烯润滑剂的摩擦学性能研究

采用微动摩擦磨损试验机考察了不同条件下三种离子液体作为钢/聚四氟乙烯润滑剂的摩擦学性能,并与传统润滑油聚α-烯烃(PAO)及干摩擦条件下的摩擦学性能做了对比.采用扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行了分析.结果表明:在变载变频试验条件下,三种离子液体与PAO的减摩抗磨性能相当;而在长磨试验条件下,离子液体均表现出优于PAO的摩擦学性能.原因是离子液体分子中的N、P、O等活性元素在摩擦过程中与聚四氟乙烯基底发生了摩擦化学反应,形成了具有润滑作用的化合物边界润滑膜,有效抑制了摩擦副的直接接触,而且该润滑膜的性能优于PAO润滑下形成的保护膜,从而使离子液体表现出优于PAO的摩擦学性能.

飞行时间二次离子质谱在摩擦学领域中的应用

介绍了二次离子质谱(SIMS)的结构、基本原理、分析特点,特别是飞行时间二次离子质谱在摩擦学研究领域,如对涂层及摩擦反应膜、润滑油添加剂的吸附与反应、硬磁盘/磁头摩擦界面中的应用与进展,指出了飞行时间二次离子质谱分析中存在的问题,希望为摩擦学领域学者在表面分析方面提供一些新的启示.