硼酸盐（酯）的制备及其作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

发布时间：2017-10-15 22:41

  本文关键词：硼酸盐（酯）的制备及其作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

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【摘要】：由于含硼化合物在摩擦学领域应用较多,无机纳米硼酸盐以及有机硼酸酯均能够显著地提高润滑基础油的摩擦学性能,因此研究含硼化合物在摩擦学领域的应用就显得至关重要。作为一种多功能的润滑油添加剂,有机硼酸酯不仅无毒无臭,还具有很好的防锈性、抗氧化性和生物降解性。但是由于硼酸酯分子中的B原子为sp2杂化,还存在一个空的P轨道,因此很容易受到水等亲核试剂的进攻进而发生水解,这极大地限制了其在工业领域上的应用。本文中我们将N原子和烷基酚聚氧乙烯醚(OP-4)大分子引入到硼酸酯结构中制备了两种新型硼酸酯,N原子含有的孤对电子和B原子的P轨道配对从而使B原子变得稳定,并且OP-4的引入增大了硼酸酯分子的空间位阻,很好的提高了硼酸酯的水解稳定性。研究了它们在三种不同基础油(矿物油液体石蜡LP、合成油聚-α-烯烃PAO6和癸二酸二异辛酯DIOS)中的摩擦学性能。此外我们还采用了简单的沉淀法制备了油胺修饰氟硼酸镧纳米微粒,探究了不同条件对其形貌的影响,表征了其在两种不同基础油(LP和DIOS)中的摩擦学性能,评价了不同摩擦活性元素F、B、La的复配以及同时含有不同摩擦活性元素的化合物对于减摩抗磨性能的协同或拮抗作用。本文的主要研究内容和结果如下:(1)硼酸酯的制备及其在不同基础油中的摩擦学性能研究合成了两种油溶性较好的绿色环保润滑油添加剂MEBE和DEBE并在四球摩擦磨损试验机上研究了其在LP、PAO及DIOS中的摩擦学性能,对钢球的磨斑表面进行了扫描电子显微镜(SEM)、(EDS)及X射线光电子能谱仪(XPS)分析。结果表明,合成的两种硼酸酯在三种基础油中均未表现出减摩性能,这是由于添加剂同摩擦副新鲜磨损表面发生相互作用形成吸附膜或反应膜,这种膜的剪切强度或粗糙度比基体金属的高,从而造成了摩擦系数的升高。而在LP及PAO中均具有较好的抗磨性能,原因主要是生成了含有BN/B_2O_3,Fe_2O_3,含N有机物等的保护膜;然而由于合成硼酸酯的极性低于DIOS,因此由于竞争吸附的作用,DIOS优先吸附到金属表面,而少量的硼酸酯破坏了DIOS油膜的连续性,使得添加合成硼酸酯后,DIOS摩擦学性能变差。(2)氟硼酸镧的制备及摩擦学性能研究采用简单的沉淀法制备了硼酸镧和氟化镧纳米微粒,利用X射线粉末衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、佛立叶红外光谱(FT-IR)等手段表征了其形貌、结构及化学组成;用四球摩擦磨损实验机考察了单独添加一种纳米微粒以及两种纳米微粒以一定比例复配后润滑基础油的摩擦学性能;利用XPS分析了钢球磨斑表面的化学元素状态并简单分析了纳米微粒所起的作用和机理。结果表明,合成硼酸镧和氟化镧在单独使用时在两种基础油(LP和DIOS)中均具有较好的减摩抗磨性能,而以一定比例复配后,在DIOS中几乎不具有减摩抗磨性,而在LP中,当添加总浓度为0.6%时,在LaBO3/LaF3=0.3/0.3时摩擦学性能最为优异,分析其减摩抗磨机理可能是在摩擦过程中发生了摩擦化学反应,形成了含有B_2O_3,Fe_2O_3,FeF3,La_2O_3等物质的摩擦化学反应膜,此外还有LaF3及表面修饰剂的吸附膜,摩擦化学反应膜和沉积吸附膜一起形成了边界润滑膜,从而具有很好的减摩抗磨性能。而不同复合浓度下摩擦学性能有差异可能是由于摩擦过程中生成的产物含量的差别。此外我们采用简单的沉淀法制备了氟硼酸镧纳米颗粒并表征了其在基础油中的摩擦学性能,讨论了不同反应条件对氟硼酸镧形貌及粒径的影响,确定氟硼酸镧的最佳反应条件为:以硝酸镧和氟硼酸钠为原料,以油胺为修饰剂,CTAB为分散剂,60℃条件下反应3h制备了粒径均一,分散性较好的氟硼酸镧纳米片;合成的氟硼酸镧纳米片在LP和DIOS中均具有很好的减摩抗磨性能;合成氟硼酸镧纳米片在DIOS中之所以具有很好的减摩抗磨性能是因为形成了含有B_2O_3、Fe_2O_3、FeF3和La_2O_3的摩擦化学反应膜以及氟硼酸镧的吸附膜共同组成的边界润滑膜。
【关键词】：硼酸镧 氟化镧 氟硼酸镧 硼酸酯 摩擦学性能
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE624.82
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 环境友好型润滑油添加剂11-12
• 1.2 含B润滑添加剂12-17
• 1.2.1 硼酸盐润滑添加剂13-14
• 1.2.2 硼酸酯润滑添加剂14-16
• 1.2.3 摩擦学机理分析16-17
• 1.3 润滑基础油17-20
• 1.4 选题依据及研究内容20-22
• 1.4.1 选题依据20-21
• 1.4.2 研究内容21
• 1.4.3 可行性分析21-22
• 参考文献22-27
• 第二章 硼酸酯的制备及其在不同基础油中的摩擦学性能研究27-49
• 引言27-28
• 2.1 MEBE的制备及其在不同基础油中的摩擦学性能研究28-38
• 2.1.1 实验部分28-31
• 2.1.2 结果与讨论31-38
• 2.1.3 本节小结38
• 2.2 DEBE的制备及其在不同基础油中的摩擦学性能研究38-45
• 2.2.1 实验部分38-39
• 2.2.2 结果与讨论39-45
• 2.2.3 本节小结45
• 2.3 本章小结45-46
• 参考文献46-49
• 第三章 氟硼酸镧的制备及摩擦学性能研究49-78
• 引言49-50
• 3.1 硼酸镧的制备及摩擦学性能研究50-56
• 3.1.1 实验部分50-52
• 3.1.2 结果与讨论52-56
• 3.1.3 本节小结56
• 3.2 氟化镧的制备及摩擦学性能研究56-60
• 3.2.1 实验部分56-57
• 3.2.2 结果与讨论57-60
• 3.2.3 本节小结60
• 3.3 硼酸镧、氟化镧复合后摩擦学性能研究60-65
• 3.3.1 硼酸镧、氟化镧在LP中的摩擦学性能研究61-64
• 3.3.2 本节小结64-65
• 3.4 氟硼酸镧的制备及摩擦学性能研究65-74
• 3.4.1 实验部分65-66
• 3.4.2 结果与讨论66-73
• 3.4.3 本节小结73-74
• 3.5 本章小结74-75
• 参考文献75-78
• 第四章 结论78-79
• 硕士期间完成的论文79-80
• 致谢80-81

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