Page 122 - 《摩擦学学报》2020年第5期

第 5 期 于强亮, 等: N/P无卤素离子液体润滑剂的链长与摩擦学性能的关系 677

0.6 10
PAO 10 PAO 10
0.5 8
L-P 108 6 L-P 108
NP-11114
0.4
Friction coefficient 0.3 NP-11118 Wear volume/(10 −3 mm 3 ) 0.5 4 2 NP-11116
NP-11114
NP-11116
NP-11118
0.2
0.4
0.1
0.3
0.2
0.1
0.0
0 300 600 900 1 200 1 500 1 800
Time/s
(a) (b)
Fig. 4 Evolution of the friction coefficient (a) and wear volume losses (b) of the steel disks lubricated by NPILs，PAO 10 and L-P
108 as lubricant at 100 ℃ (100 ℃，load = 300 N)
图 4 (a) NPILs，PAO 10和L-P 108作为钢/钢摩擦副的润滑剂的摩擦系数，(b)试验完成后下试样磨斑的磨损体积
(实验条件：100 ℃，载荷=300 N)

0.4 700 和NP-11 118离子液体高温润滑后，下试样表面的三维
PAO 10
L-P 108 600 轮廓[见图6(a)，6(b)，6(c)，6(d)，6(e)]、扫描电镜[见图
NP-11114
0.3 NP-11116 500 6(a1)，6(b1)，6(c1)，6(d1)，6(e1)]和磨斑表面相应的
Friction coeffcient 0.2 400 Load/N EDS分析[见图6(a2)，6(b2)，6(c2)，6(d2)，6(e2)]. 其中
NP-11118
300
PAO 10的磨损情况最为严重[见图6(a)，(a1)]，出现了
200
0.1
100 深而宽的犁沟. L-P 108和NPILs润滑后的磨斑明显减
小[见图6(b)，(b1)；6(c)，6(c1)；6(d)，(d1)；6(e)，(e1)]. 对
0.0 0 于NPILs而言，随着阳离子链长的增长，这一变化规律
0 400 800 1 200 1 600
Time/s 愈加明显. 从EDS分析结果看出L-P108润滑后，磨斑
表面出现了大量的F、P元素，NPILs润滑后的磨斑表面
Fig. 5 Evolution of the friction coefficient with time and load
of the steel disks lubricated by NPILs，PAO 10 and L-P108 as 出现了相应的N、P元素峰，结果证明L-P 108和NPILs
reference lubricant 在润滑过程中与摩擦副表面发生了复杂的摩擦化学
图 5 NPILs及参比润滑剂PAO 10和L-P108作为钢/钢摩擦
副的室温润滑剂的摩擦系数随时间和载荷的变化曲线 反应，形成了相应的摩擦化学反应膜.
2.4.2 磨斑表面的XPS分析
验温度为25 ℃，载荷梯度为50 N/2 min，频率为25 Hz. XPS通常被用来进一步揭示离子液体润滑剂的减
从图5中可以看出：PAO 10在加载150 N时润滑失效， 摩抗磨机制. 大量研究表明离子液体在摩擦过程首先
而NPILs在载荷600~650 N之间润滑失效，而且随着阳 会利用自身的极性基团通过物理吸附作用在金属表
离子烷基链长的增加，润滑失效载荷呈增大趋势，这 面形成物理吸附润滑膜，而后通过进一步的摩擦化学
表明此类离子液体具有优异的承载能力且随着阳离 反应形成稳定的边界润滑磨，起到减摩及抗磨的特性.
子链长的增加呈载性能提升. 可能的原因在于随着烷 本文作者分别对离子液体NP-11 116室温(RT)和100 ℃
基链长增加离子液体本身的黏度增加，有助于其在界 高温(HT)润滑后的钢块磨斑进行了XPS元素分析，结
面的稳定吸附从而提高了承载特性. L-P 108的承载性 果如图7所示. 从图7可以观察到，NP-11 116在室温或
能最佳，在测试的载荷范围内均未发生润滑失效，因 者高温润滑后，N1s、O1s、P2p和Fe2p元素的结合能几
为L-P 108包含高质量分数的F元素，在极压条件下更 乎一致，表明NP-11 116离子液体在室温和高温时经历
易于发生摩擦化学反应，生成承载性能更为优异的摩 了相同的摩擦化学反应过程. Fe2p的结合能峰值为
擦化学反应膜. 711.2和724.4 eV，证明磨斑表面金属Fe元素的主要的
2.4 磨斑表面分析 存在形式为FeO、Fe O 和FeOOH；O1s的结合能峰值
3
2
2.4.1 磨斑表面的三维轮廓形貌、SEM、EDS分析 为 532.1 eV， O元 素 主 要 以 金 属 氧 化 物 、 C —O和
图6给出了PAO 10、L-P 108及NP-11 114、NP-11 116 C═O的化学态形式存在 [16, 20] ；N1s的结合能峰值为