硼酸鹽（酯）的制備及其作為潤(rùn)滑油添加劑的摩擦學(xué)性能研究.pdf

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2、slubricationoiladditiveADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByFengjieJinSupervisor:Prof.GuangbinYangProf.PingyuZhangDateJune,2016摘要由于含硼化合物在摩擦學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用較多，無機(jī)納米硼酸鹽以及有機(jī)硼酸酯均能夠顯著地提高潤(rùn)

3、滑基礎(chǔ)油的摩擦學(xué)性能，因此研究含硼化合物在摩擦學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用就顯得至關(guān)重要。作為一種多功能的潤(rùn)滑油添加劑，有機(jī)硼酸酯不僅無毒無臭，還具有很2好的防銹性、抗氧化性和生物降解性。但是由于硼酸酯分子中的B原子為sp雜化，還存在一個(gè)空的P軌道，因此很容易受到水等親核試劑的進(jìn)攻進(jìn)而發(fā)生水解，這極大地限制了其在工業(yè)領(lǐng)域上的應(yīng)用。本文中我們將N原子和烷基酚聚氧乙烯醚（OP-4）大分子引入到硼酸酯結(jié)構(gòu)中制備了兩種新型硼酸酯，N原子含有的孤對(duì)電子和B原子的P軌道配對(duì)從而使B原子變得穩(wěn)定，并且OP-4的引入增大了硼酸酯分子的空間位阻，很好的提高了硼酸酯的水

4、解穩(wěn)定性。研究了它們?cè)谌N不同基礎(chǔ)油（礦物油液體石蠟LP、合成油聚-α-烯烴PAO6和癸二酸二異辛酯DIOS）中的摩擦學(xué)性能。此外我們還采用了簡(jiǎn)單的沉淀法制備了油胺修飾氟硼酸鑭納米微粒，探究了不同條件對(duì)其形貌的影響，表征了其在兩種不同基礎(chǔ)油（LP和DIOS）中的摩擦學(xué)性能，評(píng)價(jià)了不同摩擦活性元素F、B、La的復(fù)配以及同時(shí)含有不同摩擦活性元素的化合物對(duì)于減摩抗磨性能的協(xié)同或拮抗作用。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：（1）硼酸酯的制備及其在不同基礎(chǔ)油中的摩擦學(xué)性能研究合成了兩種油溶性較好的綠色環(huán)保潤(rùn)滑油添加劑MEBE和DEBE并在四球摩擦磨

5、損試驗(yàn)機(jī)上研究了其在LP、PAO及DIOS中的摩擦學(xué)性能，對(duì)鋼球的磨斑表面進(jìn)行了掃描電子顯微鏡（SEM）、（EDS）及X射線光電子能譜儀（XPS）分析。結(jié)果表明，合成的兩種硼酸酯在三種基礎(chǔ)油中均未表現(xiàn)出減摩性能，這是由于添加劑同摩擦副新鮮磨損表面發(fā)生相互作用形成吸附膜或反應(yīng)膜，這種膜的剪切強(qiáng)度或粗糙度比基體金屬的高，從而造成了摩擦系數(shù)的升高。而在LP及PAO中均具有較好的抗磨性能，原因主要是生成了含有BN/B2O3，F(xiàn)e2O3，含N有機(jī)物等的保護(hù)膜；然而由于合成硼酸酯的極性低于DIOS，因此由于競(jìng)爭(zhēng)吸附的作用，DIOS優(yōu)先吸附到金屬表

6、面，而I少量的硼酸酯破壞了DIOS油膜的連續(xù)性，使得添加合成硼酸酯后，DIOS摩擦學(xué)性能變差。（2）氟硼酸鑭的制備及摩擦學(xué)性能研究采用簡(jiǎn)單的沉淀法制備了硼酸鑭和氟化鑭納米微粒，利用X射線粉末衍射儀（XRD）、透射電子顯微鏡（TEM）、佛立葉紅外光譜（FT-IR）等手段表征了其形貌、結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成；用四球摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)考察了單獨(dú)添加一種納米微粒以及兩種納米微粒以一定比例復(fù)配后潤(rùn)滑基礎(chǔ)油的摩擦學(xué)性能；利用XPS分析了鋼球磨斑表面的化學(xué)元素狀態(tài)并簡(jiǎn)單分析了納米微粒所起的作用和機(jī)理。結(jié)果表明，合成硼酸鑭和氟化鑭在單獨(dú)使用時(shí)在兩種基礎(chǔ)油（LP和

7、DIOS）中均具有較好的減摩抗磨性能，而以一定比例復(fù)配后，在DIOS中幾乎不具有減摩抗磨性，而在LP中，當(dāng)添加總濃度為0.6%時(shí)，在LaBO3/LaF3=0.3/0.3時(shí)摩擦學(xué)性能最為優(yōu)異，分析其減摩抗磨機(jī)理可能是在摩擦過程中發(fā)生了摩擦化學(xué)反應(yīng)，形成了含有B2O3，F(xiàn)e2O3，F(xiàn)eF3，La2O3等物質(zhì)的摩擦化學(xué)反應(yīng)膜，此外還有LaF3及表面修飾劑的吸附膜，摩擦化學(xué)反應(yīng)膜和沉積吸附膜一起形成了邊界潤(rùn)滑膜，從而具有很好的減摩抗磨性能。而不同復(fù)合濃度下摩擦學(xué)性能有差異可能是由于摩擦過程中生成的產(chǎn)物含量的差別。此外我們采用簡(jiǎn)單的沉淀法制備了

8、氟硼酸鑭納米顆粒并表征了其在基礎(chǔ)油中的摩擦學(xué)性能，討論了不同反應(yīng)條件對(duì)氟硼酸鑭形貌及粒徑的影響，確定氟硼酸鑭的最佳反應(yīng)條件為：以硝酸鑭和氟硼酸鈉為原料，以油胺為修飾劑，CTAB為分散劑，60℃條件下反應(yīng)3h制備了粒徑均一