Page 11 - 摩擦学学报2025年第10期

1408 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

子碳链数量的不同影响了摩擦膜的组成. 但高含量的 减摩抗磨性能的影响，给出了3种质子型离子液体的
O元素似乎对更好的抗磨性能有反应. 在不同油样润 润滑机理图，如图10所示，3种质子型离子液体的摩擦
滑的磨损表面中，碳链越少的油样O含量越高(原子分 学性能差异可能是由于吸附膜的质量差异造成的，而
数分别为15.96%、13.46%、10.12%)，PAO10产生的 这主要由两方面原因引起. 首先是阴阳离子间的位阻
O含量最低(原子分数9.65%). 这说明碳链越少，越容 作用存在差异，在摩擦过程中，金属基底会产生电子
易与界面发生相互作用，在摩擦过程中产生更多含 逃逸现象，从而导致金属表面带有正电，离子液体中
O的摩擦化学产物，从而为摩擦表面提供更好的磨损 的阴离子在摩擦过程中受到静电吸引作用会率先吸
和摩擦保护 [29-30] . 附在金属表面，阳离子通过阴阳离子间的静电作用力
为得到摩擦膜的更多细节，对3种离子液体油样 吸附在阴离子周围，形成物理吸附膜. 同时阳离子体
摩擦后钢块表面进行XPS分析，图9所示为C 1s、N 1s、 积越大，阴阳离子间空间位阻作用越大，从而导致阴
[44]
O 1s、P 2p和Fe 2p的XPS能谱图和总图谱(Survey)， 阳离子间相互作用降低 . 已发现近表面吸附膜的强
从总图谱中可以看到曲线的变化趋势一致，说明这 度与阴阳离子间的相互作用成正比，结构较弱的吸附
[45]
3种离子液体油样在摩擦过程中生成摩擦膜的化学组 膜容易被剪切破坏，无法维持有效润滑 . 对于本体
分一致，图谱上的峰值说明离子液体在摩擦热和机械 系来讲，阳离子碳链的数目越少(N P)，阳离子体积越
1
[44]
力的作用下发生了界面摩擦化学反应. 且由于检测到N 小，空间位阻越小，阴阳离子间相互作用越大 ，越易
和P元素峰，说明阴阳离子共同参与了摩擦膜的构建， 形成较致密有序的吸附膜；而碳链数目越多(N P)，空
3
生成了N和P的化学产物. 以N P-PAO10为例，284.80 eV 间位阻越大，阻碍阴阳离子间的相互作用，形成的吸
1
处C 1s峰由C-C键形成 ，说明磨损表面有许多碳化 附膜相对无序且稀疏，在剪切作用下易被破坏. 因此，
[40]
合物，在285.0 eV和286.7 eV处，主要的C 1s结合能分 随着碳链数目的减少，阴阳离子间的相互作用就越
别归结于阴离子的O=C和阳离子部分N-C. 铵阳离子 强，形成的吸附膜越稳定，然后在载荷和摩擦力作用
[29]
的C-N峰记录在N 1s图谱的400.06 eV 结合能处 . 这 下，活性元素会与基底发生摩擦化学反应，生成质量
[46]
些特征峰的存在，来源于PILs的分子结构，表明界面 较好的摩擦化学反应膜 ，从而在整个摩擦过程中提
[41]
具有物理吸附过程 . 在O 1s谱图中，位于532.45 eV、 供更有效的减摩抗磨效果.
531.36 eV和529.80 eV的3个特征峰分别属于C=O、P- 另一方面，质子型离子液体的1个关键特征是它
+
[29]
O和金属氧化物(FeO和Fe O 等) ，由于P-O结合能峰 们在阳离子上有1个可用的质子，与氮原子形成N -H键
2
3
[46]
较强(133.7 eV)，P 2p图谱表明存在磷酸盐，这是常见 可以作为氢键供体与其他电负性原子作用形成氢键 ，
的 摩 擦 化 学 成 分 [20] . 观 察 到 Fe 2p 在 710.64 eV和 研究表明氢键网络对于离子液体的结构和性质有重
3/2
3+
2+
713.3 eV处的峰分别属于Fe 和Fe 形式氧化态，Fe 要影响 [47-48] . 对本体系中的质子型离子液体进行了红
2+
2p 在724.13 eV和726.58 eV处的峰分别属于Fe 和 外表征，结果如图11所示，发现随着碳链数目的减少，
1/2
3+
+
[42]
Fe 形式氧化态 ，另外在718.5 eV和7 38.77 eV处存 N -H键的红外特征峰发生了位移，这说明阳离子碳链
+
在卫星峰. 综上所述，能谱和XPS谱证实了吸附膜和 数目的变化会影响到N -H键强度. 基于铵基的原生
+
摩擦化学反应膜组成的边界润滑膜的形成. IL可以有1个以上能参与氢键的N -H，且阳离子上的
3种1%质量分数的PILs-PAO10油样磨损表面磨 氢键供体位点数量不同(N P为3个，N P为2个，N P为
2
3
1
[49]
斑元素质量分数列于表2中，从含量可以看到不同种 1个) ，而随着氢键供体数量的增多形成网状氢键的
[50]
+
类的油样其含量有差别，N元素含量随着碳链数目的 可能性增加 . 同时，当阳离子碳链数目减少，N 被碳
[42]
增加而降低，1条碳链的N P-PAO10油样N元素含量最 原子所分散的电荷越少 ，而氢键作用本质上也是一
1
[43]
多，这说明N的摩擦产物多，在界面吸附更多 ，参与 种静电相互作用，离子液体中的相互作用是由氢键、
的化学反应更强，而P元素含量有轻微差别. 说明碳链 库仑力和色散力等综合控制的 ，因此被分散电荷少
[47]
的数目会影响N和P元素参与摩擦化学反应的强度，进 的N P离子液体有着更强的氢键作用，增强了阴阳离
1
[51]
一步说明阳离子结构的变化会影响到阴离子在基底 子间的相互作用 . 已发现近表面吸附层的强度与阴
[52]
的极性吸附和摩擦膜的构成. 离子和阳离子之间的相互作用成正比 ，这也就解释
2.3 减摩抗磨机理 了N P离子液体能够形成更稳定结实的吸附膜. 因此，
1
为了进一步解释伯仲叔铵盐对质子型离子液体 阳离子碳链数目越少，与阴离子之间越易形成氢键，