Page 86 - 《摩擦学学报》2021年第5期

第 5 期 马琳, 等: 胆碱杂环二酸离子液体水润滑添加剂的制备及结构-性能关系研究 675

0.7 6
(a) H 2 O (b) H 2 O
0.6 1.667 mol/L[Ch] 2 [2,5-Fdc] 1.667 mol/L[Ch] 2 [2,5-Fdc]
1.667 mol/L[Ch] 2 [2,5-Tdc] 5 4 1.667 mol/L[Ch] 2 [2,5-Tdc]
1.667 mol/L[Ch] 2 [2,3-Pydc]
Friction coefficient 0.4 1.667 mol/L[Ch] 2 [3,4-Pydc] Wear volume/10 −3 mm 3 3 2 1.667 mol/L[Ch] 2 [2,6-Pydc]
1.667 mol/L[Ch] 2 [2,3-Pydc]
0.5
1.667 mol/L[Ch] 2 [2,6-Pydc]
1.667 mol/L[Ch] 2 [3,4-Pydc]
1.667 mol/L[Ch] 2 [3,5-Pydc]
1.667 mol/L[Ch] 2 [3,5-Pydc]
1.667 mol/L[Ch] 2 [2,3-Pyadc]
1.667 mol/L[Ch] 2 [2,3-Pyadc]
0.3
0.2
0.1 1
0.0 0
0 400 800 1 200 1 600
Time/s

Fig. 4 The friction coefficients (a) and wear volumes (b) of the aqueous solutions containing 1.667 mol/L [Ch] 2 [Hdc]
on steel–steel friction pairs
图 4 含有1.667mol/L[Ch] 2 [Hdc]的水溶液在钢/钢摩擦副上的摩擦系数(a)及下试样钢块的磨损体积(b)
[Ch] [Hdc]添加剂对水的抗磨性能均有不同程度的提 这可能受仪器检测灵敏度的限制，△f值相对较小时，
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高 ， 其 磨 损 体 积 大 小 顺 序 为 [Ch] [3,5-Pydc]>[Ch] 2 其规律性并不能得到较好体现；但当离子液体添加剂
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[2,5-Tdc]>[Ch] [3,4-Pydc]>[Ch] [2,3-Pyadc]>[Ch] 2 的添加浓度达到1.667 mol/L时，吸附前后芯片频率变
2
2
[2,6-Pydc]>[Ch] [2,3-Pydc]>[Ch] [2,5-Fdc]. 由此项数 化值(△f)的变化规律与溶液的黏度值之间呈现良好
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2
据可以看出，水溶液的平均磨损体积大小与溶液的黏 的正相关关系，即流经的溶液的黏度越大，芯片的频
度值之间呈现明显的反相关关系. 溶液的黏度值越 率变化值△f越大. 芯片上流经不同的[Ch] [Hdc]，其
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大，其磨损体积越小. 这是由于润滑剂的黏度相对较 △f值 呈 现 [Ch] [3,5-Pydc]<[Ch] [2,5-Tdc]<[Ch] [2,6-
2
2
2
大时，该润滑剂在摩擦副表面形成的润滑保护膜就更 Pydc]<[Ch] [2,3-Pyadc]<[Ch] [3,4-Pydc]<[Ch] [2,3-
2
2
2
为牢固，不易被破坏，因而使得其抗磨性能更为优异. Pydc]<[Ch] [2,5-Fdc]的变化规律. 此项数据表明，在
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3.3 吸附性能 该添加浓度条件下，[Ch] [Hdc]在芯片表面形成的吸
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为了进一步证明不同结构的[Ch] [Hdc]添加剂在 附膜的厚度与溶液的黏度密切相关. 溶液黏度越大，
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摩擦副表面形成的吸附膜不同，我们采用耗散型石英 其在芯片表面形成的吸附膜厚度越厚 [16, 28] ，因而该溶
晶体微天平(QCM-D)对[Ch] [Hdc]在钢芯片表面的吸 液也表现出更为优异的抗磨性能，此结果与摩擦学试
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附性能进行了评价，测试结果如图5和表3所示. 通过 验中得到的测试结果呈现高度一致性.

吸附前后仪器给出的芯片频率变化值(△f)的大小可 3.4 腐蚀性
以判断[Ch] [Hdc]在钢芯片表面形成的吸附膜的厚度. 腐蚀性是衡量水润滑添加剂的重要指标，采用
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由图中曲线和表中数据可以看出，对于不同结构的 GB 6 144-2010方法测试[Ch] [Hdc]的腐蚀性. 图6为浸
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[Ch] [Hdc]添加剂来说，当添加浓度较低时(0.2 mol/L)， 入纯水及含不同浓度(0.2 和1.667 mol/L)[Ch] [Hdc]水
2 2
吸附前后芯片频率变化值(△f)的变化规律并不明显， 溶液中的铸铁棒的表面形貌照片. 根据标准，可将铸
−350 200
1.667 mol/L
0.2 mol/L 0
−200
Frequeney/Hz −400 H 2 O Frequeney/Hz −600
−400
−800
−1 000
−1 200 [Ch] 2[2,5-Tdc] [Ch] 2[2,6-Pydc] [Ch] 2[3,5-Pydc]
[Ch] 2[2,3-Pyadc]
[Ch] 2[2,5-Fdc]
[Ch] 2[2,5-Tdc]
−1 400 [Ch] 2[3,4-Pydc]
[Ch] 2[2,6-Pydc]
[Ch] 2[2,3-Pydc]
[Ch] 2[3,5-Pydc]
[Ch] 2[3,4-Pydc]
[Ch] 2[2,3-Pyadc]
−450 [Ch] 2[2,5-Fdc] [Ch] 2[2,3-Pydc]
0 10 000 20 000 30 000 0 4 000 8 000 12 000
Time/s Time/s

Fig. 5 The graphs of copper chip frequency change during adsorption measurements
图 5 吸附性能测试中钢芯片频率变化曲线图