Page 33 - 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 521

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400.35和402.43 eV出现特征峰，分别对应C-N 和N- 滑添加剂在金属表面的吸附能力. 图9(a)和(b)所示分
O键，可能由于摩擦过程中离子液体中的N元素与摩 别为质量分数为0.5%的Lys-LS和Arg-LS水溶液在金
擦副发生摩擦化学反应，生成氮化物 [30-31] . O 1s的结合 界面的吸附频率随时间的变化曲线(在所有试验中

能峰值位置分别为530.43、531.81、532.65和533.93 eV， 使用去离子水作为溶剂基线和金作为芯片). Lys-LS和
表明O元素主要以金属氧化物、C-O、C=O和N-O的化学 Arg-LS水溶液的吸附频率分别为90和66 Hz，表明2种
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态形式存在 . Fe 2p的结合能峰值位置分别为709.47、 离子液体均能有效吸附在金界面上. 可能是离子液体
710.60、711.48和712.24 eV，表明磨斑表面Fe元素主 分子结构中的羧酸根离子具有很强的电负性效应，使
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要以FeOOH 、Fe(NO ) [31] 、Fe O 4 [34] 和Fe O 3 [35-36] 形式 其很容易与金属表面发生相互作用，进而形成吸附膜.
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存在. 以上分析表明，2种氨基酸型离子液体作为添加 此外，用去离子水冲洗之后吸附频率明显减小，但不
剂具有优异的摩擦学性能的原因可能是在摩擦过程 能恢复其原始值，说明2种离子液体添加剂在钢块表
中，离子液体与摩擦副表面反应生成1层致密的化学 面不仅存在物理吸附，还存在化学吸附. 上述试验结
反应膜，从而有效的隔绝上下摩擦副直接接触，进而 果表明2种氨基酸基离子液体在摩擦过程中可以有效

表现出良好的减摩抗磨性能. 吸附在摩擦界面上，形成稳定的吸附膜，避免摩擦副
通过QCM试验进一步研究了2种离子液体水基润 之间的直接接触.

(a1) C 1s (a2) O 1s (a3) C-N N 1s (a4) Fe 2p
C-C
Fe 3 O 4 Fe(NO 3 ) 3
Intensity/a.u. C=O C-N Intensity/a.u. N-O Fe-O Intensity/a.u. O-N Intensity/a.u. FeOOH
C-O
C=O
Fe 2 O 3

292 290 288 286 284 282 280 540 536 532 528 408 404 400 396 392 732 728 724 720 716 712 708 704
Binding energy/eV Binding energy/eV Binding energy/eV Binding energy/eV

(b1) C-C C 1s (b2) O 1s (b3) C-N N 1s (b4) Fe 2p
Fe 3 O 4 Fe(NO 3 ) 3
Intensity/a.u. C=O C-N Intensity/a.u. N-O Fe-O Intensity/a.u. O-N Intensity/a.u. FeOOH
C-O
C=O
Fe 2 O 3

292 290 288 286 284 282 280 540 536 532 528 408 404 400 396 392 732 728 724 720 716 712 708 704
Binding energy/eV Binding energy/eV Binding energy/eV Binding energy/eV

Fig. 8 XPS spectra of grinding spot surface lubricated by Lys-LS and Arg-LS solutions (0.5%): (a1~a4) Lys-LS; (b1~b4) Arg-LS
图 8 质量分数为0.5%的Lys-LS和Arg-LS水溶液摩擦后的磨斑表面的XPS谱图：(a1~a4) Lys-LS；(b1~b4) Arg-LS

50 50
(a) (b)
Water Water
0 0 Water
Water
Δf/Hz −50 Δf=90 Hz Δf/Hz −50 Δf=66 Hz

−100 −100 0.5% Arg-LS
0.5% Lys-LS

−150 −150
0 500 1 000 1 500 2 000 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500
Time/s Time/s
Fig. 9 Adsorption frequency as a function of time for (a) Lys-LS and (b) Arg-LS aqueous solutions on QCM gold chips
(deionized water as the baseline)
图 9 (a) Lys-LS和(b) Arg-LS水溶液在QCM金芯片上的吸附频率随时间变化曲线(以去离子水为基线)