Page 29 - 摩擦学学报2025年第4期

第 4 期 孙学敏, 等: 环境友好型氨基酸基离子液体作为水润滑添加剂的摩擦学机制研究 517

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VEGA)对磨斑的表面微观形貌进行表征，并通过X射 1 130 cm 之间对应了分子结构中C-N的伸缩振动峰.
线光电子能谱仪(XPS)分析磨斑表面的元素组成. 1 H NMR和ATR-FTIR测试结果表明2种氨基酸基离子

1.5 石英晶体微天平试验 液体被成功合成. 使用TGA对2种氨基酸基离子液体
为进一步探究离子液体在金属表面的吸附能力， 的热稳定性进行了表征. 图2 (d)所示为Lys-LS和Arg-
借助石英晶体微天平(QCM)在室温和流速为300 µL/s LS的热重分析图. Lys-LS和Arg-LS热分解5%的温度
的条件下，测试了质量分数为0.5%的离子液体水溶 分别达到了219.8和217.5 ℃，表明2种氨基酸基添加剂
液在市售的镀金石英芯片(QSX-301，Q-Sense)表面上 在低于200 ℃时具有优异的热稳定性能.

的吸附行为. 2.2 腐蚀性能

水基润滑易腐蚀的问题是水基润滑剂关注的焦
2 结果与讨论 点，因此对Lys-LS和Arg-LS作为水润滑添加剂时的抗

2.1 结构与表征 腐蚀性进行了表征. 图3所示为在55 ± 2 ℃条件下，一
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分别通过核磁共振氢谱( H NMR)和ATR-FTIR测 级灰口铸铁片浸泡于不同浓度的Lys-LS和Arg-LS水
试表征了2种离子液体添加剂的分子结构. Lys-LS和 溶液中24 h后的表面状况图片. 结果表明，与浸泡于去
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Arg-LS的 H NMR谱图分别如图2 (a)和图2 (b)所示， 离子水中的铸铁片相比，浸泡在质量分数为0.5%的
2种离子液体中阴离子-CH 的积分面积与氨基酸α位 Lys-LS和Arg-LS水溶液中的铸铁片，腐蚀面积和腐蚀
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H的积分面积比为3:1，表明N-LS与氨基酸的反应定 点的数量均有明显降低. 当Arg-LS溶液的浓度升高至
量进行. 采用ATR-FTIR进一步对2种离子液体结构进 为1%时，铸铁片表面与空白对照样相比没有明显的
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行表征，结果如图2 (c)所示，2 226~3 422 cm 之间对 变化，具有最佳的抗腐蚀性能. 离子液体添加剂良好
应了2种离子液体中阳离子氨基N-H的伸缩振动峰， 的抗腐蚀性能主要归因于月桂酰肌氨酸阴离子在铸
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1 576~1 583 cm 对应的是C=O的伸缩振动峰，在1 015~ 铁表面形成了吸附膜，其阻碍了水与铸铁表面的直接

(a) (b)
D 2O D 2O
O
O O N a + NH b O
b + − O H 3N N OH
−
HO NH 3 O O H
a N O NH 3
NH 2
Intensity/a.u. Intensity/a.u. a
a
b
b
9 8 5 4 3 2 1 0 9 8 5 4 3 2 1 0
δ/ppm δ/ppm
(c) (d)
100 Lys-LS
Arg-LS
Transmittance/% v(C=O)=1583 cm −1 v(C-N)=1130 cm −1 Weight/% 50
75
v(N-H)=3336 cm −1

v(N-H)=3422 cm −1
v(C-N)=1015 cm −1 25
Arg-LS v(C=O)=1576 cm −1
Lys-LS
0
3 600 3 000 2 400 1 800 1 200 600 0 200 400 600 800
Wavenumber/cm −1 Temperature/℃
Fig. 2 (a) The molecular structure of Lys-LS and Arg-LS, spectra of (a) Lys-LS, (b) Arg-LS, (c) FT-IR spectra of
Lys-LS and Arg-LS, (d) TGA curves of Lys-LS and Arg-LS
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图 2 (a) Lys-LS的 H NMR谱图，(b) Arg-LS的 H NMR谱图，(c) Lys-LS与Arg-LS的红外光谱图，
(d) Lys-LS与Arg-LS的热失重曲线