Page 31 - 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 519

0.8 0.8 0.5
(a) Water (b) Water (c) Lys-LS
0.10% Lys-LS 0.6 0.10% Lys-LS 0.4 Arg-LS
0.25% Lys-LS
0.25% Lys-LS
Friction coefficient 0.4 0.75% Lys-LS Friction coefficient 0.4 0.75% Lys-LS Average friction coefficient 0.3
0.6
0.50% Lys-LS
0.50% Lys-LS
1.00% Lys-LS
1.00% Lys-LS
0.2
0.2
0.2
0.0 0.0 0.1
0.0
0 300 600 900 1 200 1 500 1 800 0 300 600 900 1 200 1 500 1 800 0.00 0.10 0.25 0.50 0.75 1.00
Time/s Time/s Mass fraction/%
(d) 400 Lys-LS (e) Water 50
Wear volume/(10 −5 mm 3 ) 200 Friction coefficient 0.4 40 Frequency/Hz
0.6
0.5% Lys-LS
Arg-LS
300
0.5% Arg-LS
30
20
0.2
100
0
0 0.0 10
0.00 0.10 0.25 0.50 0.75 1.00 0 600 1 200 1 800 2 400 3 000
Mass fraction/% Time/s
Fig. 5 (a) Friction coefficient curves for different concentrations of Lys-LS lubricants; (b) Friction coefficient curves for different
mass fraction of Arg-LS lubricants; (c) Average friction coefficient for lubricated by Lys-LS and Arg-LS aqueous solutions with
different mass fraction; (d) Wear volume of steel block after lubrication with Lys-LS and Arg-LS lubricants;
(e) Wear volume of steel block after lubrication with Lys-LS and Arg-LS lubricants
图 5 (a)不同浓度Lys-LS润滑液的摩擦系数曲线；(b)不同浓度Arg-LS润滑液的摩擦系数曲线；(c)不同浓度的Lys-LS和
Arg-LS水溶液的平均摩擦系数值；(d)经含不同浓度的Lys-LS和Arg-LS水溶液润滑后钢块的磨损体积；
(e)摩擦系数随频率的变化曲线图

2.5 表面形貌分析 随着许多因黏着磨损导致的磨斑和腐蚀斑. 与之对比，

采用全自动真彩共聚焦显微镜研究了摩擦副接 当向水中加入2种离子液体后，磨损轨迹直径明显减
触区域的摩擦磨损状况，如图6所示. 图6 (a~c)所示分 小，如图7 (b)和(c)所示. 从磨损轨迹对应的放大照片
别为去离子水、0.5% Lys-LS和0.5% Arg-LS水溶液润 可以清楚地观察到含离子液体添加剂的水溶液润滑
滑后对应磨斑的横截面轮廓图. 对照组去离子水摩擦 后的磨损表面更加光滑，表明离子液体的加入有效地
后的钢块产生的磨斑更深，由刮擦产生的划痕非常明 抑制了黏着磨损和腐蚀磨损，这些结果与三维轮廓图
显. 从剖面图中可以更直观地对摩擦磨损情况进行分 的测量结果是一致的.

析，水润滑后的磨斑的长度、宽度和深度分别达到了 2.6 润滑机理分析

1.51 mm、0.82 mm和7.81×10 mm，这些结果表明去 为了进一步研究2种氨基酸基离子液体作为水润
−3
离子水的润滑效果较差，发生了严重的磨损. 经0.5% 滑添加剂时的减摩抗磨作用机理，对添加质量分数为
Lys-LS和0.5% Arg-LS水溶液润滑后的磨斑深度明显 0.5%的Lys-LS和Arg-LS水溶液润滑后的磨斑表面的元
变浅，且宽度更窄，磨斑的长度、宽度和深度与水相比 素和化学组成进行XPS分析. 图8 (a1~a4)和图8(b1~b4)
得到了显著的降低，宽度和深度分别降低了约45%和 所示分别为Lys-LS和Arg-LS对应磨斑的C 1s、N 1s、O 1s
60%，表明2种氨基酸基离子液体添加剂的加入可以 和Fe 2p谱图. 从图8可以看出，添加2种离子液体时磨
有效抑制黏着磨损和犁沟，显著提高了水基润滑液的 斑表面相应元素的峰型和结合能基本相同，证明2种

抗磨损性能. 离子液体作为添加剂时，均经历了相似的摩擦化学反
采用SEM对磨斑表面进行形貌分析，观察了磨斑 应过程. C 1s谱的结果表明磨斑表面的碳元素主要以

表面的微观状态，如图7所示. 从图7中可以发现，使用 3种化学价态存在，分别为284. 8 (C-C)、286.2 (C-N)
[28]
去离子水作为润滑剂时，磨斑表面黏着磨损明显，磨 和288.86 eV (C=O) ，其主要来源为离子液体或摩擦
损轨迹直径大，磨斑表面出现了多而深的犁沟，并伴 过程中在摩擦对偶表面形成的润滑膜. N 1s谱图在