烷基咪唑-螯合硼酸離子液體摩擦學(xué)性能*

黃雪飛 王 嬌 李志鵬 任天輝

(上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，薄膜與微細(xì)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200240)

潤滑材料是作用于機(jī)械設(shè)備中相對運(yùn)動的摩擦副之間，減少摩擦、降低磨損的材料。潤滑添加劑是潤滑材料的重要組成部分，可有效降低摩擦因數(shù)、增強(qiáng)抗磨性能[1-2]。然而，傳統(tǒng)的潤滑添加劑通常含有硫、磷元素,長期使用含硫、含磷的潤滑劑，如市場上常用的二烷基二硫代磷酸鋅(ZDDP)，會造成金屬腐蝕和環(huán)境污染[3-4]。因此，開發(fā)新型的無硫、無磷摩擦改進(jìn)劑成為近年來研究的熱點(diǎn)。

離子液體(Ionic liquids)是由陰離子和陽離子組成的熔融鹽，在室溫或接近室溫下為液體，因此離子液體也被稱為低溫熔融鹽[5]。由于其優(yōu)異的熱和化學(xué)穩(wěn)定性、不揮發(fā)特性、溫度范圍寬、良好的溶解性、結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性和擴(kuò)展性，離子液體是潤滑添加劑的優(yōu)良載體[6-7]。大多數(shù)用作潤滑添加劑的離子液體都含有鹵素，例如X-(F-、Cl-、Br-或I-)、(PF6)-、(BF4)-、(AlCl4)-、(CF3SO3)-，而含鹵素離子液體(X-、(PF6)-、(BF4)-、(AlCl4)-)水解會產(chǎn)生有毒、有腐蝕性的氣體(HF、HCl等)[8-9]，限制了它們在潤滑油添加劑的應(yīng)用[10]。

因此，人們越來越關(guān)注用環(huán)境友好的元素來代替鹵素和硫、磷元素。離子液體陽離子中含氮雜環(huán)具有優(yōu)異的極壓、抗磨、抗氧化和抗腐蝕能力，其中咪唑陽離子因其良好的熱穩(wěn)定性而被廣泛研究[11-13]。此外，含氮添加劑可以形成有利于微生物生長的環(huán)境，有良好的生物降解性。在陰離子方面，螯合硼離子液體因其對環(huán)境友好和良好的減摩抗磨性能而備受關(guān)注[14-16]。以廉價的水楊酸為反應(yīng)物，得到的螯合硼離子液體具有較高的性價比[17]。因此，合成一種由咪唑陽離子和螯合硼酸陰離子組成的具有優(yōu)異減摩和抗磨性能、熱穩(wěn)定性好、環(huán)境友好的離子液體摩擦改進(jìn)劑，具有重要研究意義和應(yīng)用潛力。

本文作者在咪唑上通過氫化鈉的催化引入癸烷基鏈，得到1，3-二癸基咪唑陽離子，在碳酸鋰的催化和加熱條件下使水楊酸和硼酸反應(yīng)得到雙水楊酸螯合硼酸酯陰離子，中和后獲得離子液體產(chǎn)物。摩擦學(xué)試驗(yàn)結(jié)果表明，所制備的離子液體潤滑添加劑具有優(yōu)異的減摩、抗磨和極壓性能。此外，SEM、EDX和XANES分析結(jié)果表明，摩擦膜主要由氧化硼組成，硼元素主要以三配位和四配位氧化硼的形式存在。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

咪唑、氫化鈉、四氫呋喃、溴代正癸烷、溴代異癸烷、碳酸鋰、硼酸、水楊酸和二氯甲烷由阿拉丁化學(xué)試劑有限公司提供。所有溶劑和化學(xué)品均未經(jīng)進(jìn)一步純化處理。三羥甲基丙烷三油酸酯(PETO，2088，馬來西亞)用作基礎(chǔ)油。表1展示了商用PETO的物理特性[18]。摩擦試驗(yàn)使用的鋼球(φ12.7 mm，HRC59-61)為GCr15鋼球。

表1 PETO基礎(chǔ)油的物理性質(zhì)Table 1 Physical properties of the PETO bases oil

1.2 DICB添加劑的合成

文中添加劑的合成方法參考文獻(xiàn)[19-23]。合成路線分為3個步驟，如圖1所示。

圖1 n-DICB/i-DICB的合成路線Fig.1 Synthetic route of n-DICB/i-DICB

(1)1,3-二癸基咪唑陽離子([(C10)2Im]+)的合成

將氫化鈉(10 mmol,0.24 g)加入裝有10 mL四氫呋喃的100 mL燒瓶中，并將混合物在冰浴中攪拌。向燒瓶中緩慢加入10 mL含咪唑(10 mmol,0.68 g)的四氫呋喃溶液，室溫?cái)嚢? h。然后，將溴代癸烷(20 mmol,4.42 g)滴加到溶液中，混合物在室溫下保持?jǐn)嚢杌亓?2 h。反應(yīng)后過濾，真空蒸發(fā)濾液。將殘余物溶解在二氯甲烷中，過濾，然后真空蒸發(fā)以獲得陽離子前驅(qū)體[(C10)2Im][Br]。

[(n-C10)2Im][Br]的1HNMR (400 MHz, CDCl3)，δ(10-6) :0.87 (6H,-CH3), 1.23～1.33(28H,-(CH2)7-), 1.91 (4H, -CH2-),4.36 (4H, -CH2-), 7.18 (2H, -N-CH-CH-N-), 11.14 (1H, -N-CH-N-)。

(2)雙水楊酸螯合硼酸陰離子([DSCB]-)的合成

向溶解有碳酸鋰(5 mmol,0.37 g)和硼酸(10 mmol,0.62 g)的水溶液中緩慢加入水楊酸(20 mmol,2.76 g)。將該溶液在60 ℃下攪拌反應(yīng)2 h直至溶液均勻，得到陰離子前驅(qū)體[Li][DSCB]。

(3)中和

將等摩爾的陽離子前驅(qū)體加入陰離子前驅(qū)體溶液中，并在室溫下攪拌2 h。混合物用二氯甲烷萃取，水洗3次，然后分離。下層有機(jī)相加入無水硫酸鎂干燥，過濾。真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，得到產(chǎn)物DICB。使用不同結(jié)構(gòu)的溴化癸烷作為反應(yīng)物，可以得到2種不同的產(chǎn)物，即n-DICB和i-DICB。n-DICB的產(chǎn)率為93%，i-DICB的產(chǎn)率為91%。

n-DICB的1HNMR (400 MHz, CDCl3)，δ(10-6):0.87 (6H, -CH3), 1.19～1.30(28H, -(CH2)7-), 1.71～1.76 (4H, -CH2-), 4.08 (4H, -CH2-), 6.84～6.90(4H, -C6H4-), 7.10 (2H, -C6H4-), 7.35～7.40(2H, -C6H4-), 7.85 (2H, -N-CH-CH-N-), 9.39 (1H, -N-CH-N-)。

1.3 DICB添加劑的表征

DICB添加劑的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用EA和CP測定，如表2所示。C、H、N質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用EA測定，B質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用ICP測定。結(jié)果與DICB分子的理論元素含量一致，輕微偏差主要來自副產(chǎn)物。

表2 n-DICB和i-DICB的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 2 Element mass fraction of the synthesized n-DICB and i-DICB

使用FT-IR來表征n-DICB和i-DICB的主要官能團(tuán)的吸收峰，如圖2所示，n-DICB和i-DICB的大部分吸收峰是相似的。3 500 cm-1附近的峰對應(yīng)于N-H的伸縮振動吸收峰；3 008 cm-1處為與咪唑相連的亞甲基的伸縮振動吸收；2 854和2 914 cm-1處為亞甲基的C-H伸縮振動吸收峰，甲基的彎曲振動吸收峰則出現(xiàn)在1 380 cm-1處；722 cm-1處是-(CH2)n-(n>4)的面內(nèi)擺動吸收峰;908 cm-1處為C-H鍵的面外彎曲振動峰；1 738 cm-1處為環(huán)內(nèi)酯的伸縮振動峰；1 014和1 240 cm-1處分別為芳香醚的2個C-O鍵伸縮振動吸收峰；1 466 cm-1處為苯環(huán)骨架伸縮振動峰；1 164 cm-1處為咪唑環(huán)伸縮振動峰，說明產(chǎn)物中同時含有陰離子[DSCB]-和陽離子[(C10)2Im]+；此外，780 cm-1處為四面體硼配合物中的B-O鍵吸收峰，說明引入了硼元素。根據(jù)1H-NMR、EA、ICP和FT-IR的結(jié)果，可以推斷合成的是目標(biāo)產(chǎn)物n-DICB/i-DICB。

圖2 n-DICB和i-DICB的紅外光譜Fig.2 FT-IR spectra of n-DICB and i-DICB

1.4 摩擦試驗(yàn)

采用MMW-1四球試驗(yàn)機(jī)在室溫、1 450 r/min、30 min條件下評價DICB在PETO基礎(chǔ)油中的摩擦學(xué)性能[24]。摩擦因數(shù)和動摩擦因數(shù)曲線可以從測試中得到，以反映減摩性能。使用光學(xué)顯微鏡測量3個下滾珠的磨痕直徑以評估抗磨性能。DICB添加劑的極壓性能(pB值)采用MS-10四球機(jī)按照GB/T 12583—98測定。每個測試至少重復(fù)3次(偏差在5%以內(nèi))，取平均值。

1.5 表面分析

使用掃描電子顯微鏡(SEM,FEI Nova 450,USA)觀察磨損表面的微觀形貌，并使用能量色散X射線光譜(EDX)分析磨損表面的化學(xué)元素分布。此外，為了探究潤滑作用機(jī)制，使用X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)光譜儀(XANES，中國科學(xué)院高能物理研究所北京同步輻射裝置)分析摩擦膜的化學(xué)成分。為避免污染物的影響，在分析前磨損表面用石油醚徹底清潔。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 摩擦學(xué)性能研究

實(shí)驗(yàn)研究了作為潤滑添加劑的n-DICB和i-DICB在PETO中的摩擦學(xué)性能，結(jié)果如圖3和圖4所示。圖3(a)、(b)所示為196 N載荷下n-DICB和i-DICB的摩擦因數(shù)隨時間變化曲線，可以得出隨著DICB添加量的增加，潤滑油的摩擦因數(shù)顯著下降，直到DICB質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2.5%后，摩擦因數(shù)趨于穩(wěn)定。圖3(c)所示為196 N條件下，平均摩擦因數(shù)與添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系。DICB的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于2.5%時，摩擦因數(shù)隨著DICB質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而顯著減小；當(dāng)DICB的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過2.5%時摩擦因數(shù)變得相對穩(wěn)定，這與摩擦因數(shù)曲線的變化趨勢一致。在2.5%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，n-DICB和i-DICB分別使基礎(chǔ)油的摩擦因數(shù)降低了30.5%和33.0%。圖3(d)顯示了DICB的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%時PETO的摩擦因數(shù)與負(fù)載之間的關(guān)系。結(jié)果表明，隨載荷的提高摩擦因數(shù)降低；與基礎(chǔ)油PETO相比，在載荷高于196 N時，DICB使得摩擦因數(shù)的降低更為明顯，但在較低載荷(98 N)下，摩擦因數(shù)的降低幅度較小。這是因?yàn)楫?dāng)施加的載荷較小時，剪切力和產(chǎn)生的摩擦熱不足以構(gòu)建足夠致密的保護(hù)膜，導(dǎo)致摩擦因數(shù)相對較大；隨著施加載荷的增加，更大的剪切力和更多的摩擦熱將促進(jìn)致密保護(hù)膜的形成，增強(qiáng)了DICB的減摩性能。而294 N比196 N下的摩擦因數(shù)大，主要是由于隨著載荷增加，摩擦副表面微凸體接觸增多，導(dǎo)致摩擦因數(shù)增大。

比較圖3(c)、(d)可得出，在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)或相同載荷下，i-DICB的減摩效果優(yōu)于n-DICB。推測其原因，可能是在摩擦副表面處于邊界潤滑時，吸附在摩擦表面的i-DICB因?yàn)榉肿咏Y(jié)構(gòu)中的支鏈碳而互相纏繞，從而形成了覆蓋表面微凸體的薄膜，阻止微凸體直接接觸，增強(qiáng)了降低摩擦因數(shù)的效果。

圖3 n-DICB/i-DICB在PETO基礎(chǔ)油中的摩擦因數(shù)Fig.3 Friction coefficient of n-DICB/i-DICB in PETO base oil:(a) the friction coefficient curves of i-DICB with different mass fraction in PETO under the load of 196 N;(b) the friction coefficient curves of n-DICB with different mass fraction in PETO under the load of 196 N;(c) the friction coefficient curves of n-DICB/i-DICB as functions of added mass fraction under the load of 196 N;(d)the friction coefficient histograms of mass fraction 2.5% n-DICB/i-DICB in PETO under different loads

圖4(a)所示為196 N條件下磨痕直徑隨DICB質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化的曲線。當(dāng)DICB質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于2.5%時，隨著DICB質(zhì)量分?jǐn)?shù)的逐漸增加，磨痕直徑迅速減小，當(dāng)DICB質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過2.5%后磨痕直徑保持相對穩(wěn)定?？梢?，在196 N載荷條件下，質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%的n-DICB、i-DICB抗磨效果最明顯，分別使磨斑直徑減小了22.6%、22.1%。這是由于DICB能夠在摩擦副表面形成摩擦膜，隨著其質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，摩擦膜的厚度增大，致密度增加，抗磨性能增強(qiáng)；當(dāng)超過最佳添加量后，過量DICB無法有效地吸附在摩擦副表面，抗磨性能不能再進(jìn)一步提高，基本保持穩(wěn)定。

圖4(b)顯示了DICB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%時磨痕直徑和載荷間的關(guān)系，結(jié)果表明，基礎(chǔ)油和含質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%DICB的基礎(chǔ)油潤滑下的磨痕直徑都隨著負(fù)載的增加而增加；另外，n-DICB和i-DICB在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)或載荷下的磨痕直徑接近，說明碳鏈結(jié)構(gòu)對DICB的抗磨效果影響不大。

圖4 n-DICB/i-DICB在PETO基礎(chǔ)油中的磨痕直徑Fig.4 Wear scar diameter of n-DICB/i-DICB in PETO base oil: (a)the wear scar diameter of n-DICB/i-DICB as functions of added mass fraction under the load of 196 N; (b)the wear scar diameter histograms of mass fraction 2.5% n-DICB/i-DICB in PETO under different loads

圖5所示為添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)DICB的PETO潤滑油的pB值。與PETO相比，添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)DICB的基礎(chǔ)油pB值都顯著增加，且在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%時pB值最高，分別為834 N(n-DICB)和883 N(i-DICB)，比PETO高約57.4%和66.6%；相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，i-DICB的pB值高于n-DICB，可能是因?yàn)楫悩?gòu)碳鏈的i-DICB熱穩(wěn)定性比直碳鏈的n-DICB差,在極壓條件下易分解，形成極壓膜的速度快于n-DICB，所以pB值較高。

圖5 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)n-DICB/i-DICB的pB值Fig.5 The pB values of DICB additives with different mass fraction

結(jié)合減摩和抗磨性能，最佳添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%，此時潤滑油表現(xiàn)出最好的摩擦學(xué)性能和極壓性能。

2.2 磨損表面的表征

為了更清晰地觀察磨損表面，了解添加劑在摩擦過程中的潤滑機(jī)制，使用SEM和EDX對摩擦表面的微觀形貌和化學(xué)元素組成進(jìn)行了分析，如圖6所示。

不含添加劑的PETO基礎(chǔ)油潤滑下的磨損面如圖6(a1)—(a3)所示，磨損面比較粗糙，凹槽非常明顯，說明基礎(chǔ)油的潤滑效果比較差。相反，可以看到含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%n-DICB或i-DICB的基礎(chǔ)油潤滑下表現(xiàn)出較小的磨痕直徑和較淺的摩擦痕跡，如圖6(b1)—(b3)和圖6(c1)—(c3)所示，這是因?yàn)镈ICB添加劑具有優(yōu)異的抗磨性能。當(dāng)放大觀察磨損表面的微觀結(jié)構(gòu)時，可以看到含有DICB添加劑的基礎(chǔ)油潤滑下磨損表面相較于純PETO潤滑下更光滑，沒有嚴(yán)重劃痕的跡象，在金屬表面可以觀察到一層覆蓋物。

圖6 PETO和含質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%n-DICB或i-DICB的PETO潤滑下的磨損表面SEM圖Fig.6 SEM images of worn surfaces lubricated by pure PETO and the PETO with 2.5% n-DICB and i-DICB:(a)lubricated by pure PETO;(b)lubricated by the PETO with 2.5% n-DICB;(c)lubricated by the PETO with 2.5% i-DICB

采用EDX分析了化學(xué)元素在磨損表面的分布，如圖7所示。圖7(a)表明在純PETO潤滑的表面檢測到Fe、O和C元素，主要由鋼球的鐵元素和PETO中的C和O元素組成。圖7(b)、(c)顯示，元素B和N在n-DICB/i-DICB潤滑下的磨損表面上同時檢測到，說明吸附在金屬表面的添加劑分子中的元素B和N參與了摩擦學(xué)反應(yīng)，在劇烈摩擦過程中形成了具有高剪切力和摩擦熱的保護(hù)膜，可降低摩擦因數(shù)，提高抗磨性能。

圖7 PETO和含質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%n-DICB或i-DICB的PETO潤滑下的磨損表面EDXFig.7 EDX results of worn surfaces lubricated by pure PETO and the PETO with 2.5% n-DICB and i-DICB:(a)lubricated by pure PETO;(b)lubricated by the PETO with 2.5% n-DICB;(c)lubricated by the PETO with 2.5% i-DICB

2.3 DICB的摩擦化學(xué)機(jī)制

摩擦改進(jìn)劑的摩擦學(xué)行為主要取決于摩擦過程中添加劑分子與金屬表面形成的摩擦保護(hù)膜的化學(xué)成分[25-27]。因此，從微納尺度研究潤滑過程的摩擦化學(xué)機(jī)制非常重要[27-28]。近邊吸收結(jié)構(gòu)(XANES)是基于同步輻射光源的表面分析手段，具有很強(qiáng)的吸收特性。XANES作為一種非破壞性的摩擦膜微納化學(xué)分析方法，其以同步加速器產(chǎn)生的能量可變的X-射線作為XANES的光源，因此，與 XPS相比，XANES可以更加精細(xì)、敏感地表征原子的位移、結(jié)合鍵形式和鍵角、相對的原子位置等信息[29-30]。XANES的總電子產(chǎn)量(TEY)和熒光產(chǎn)量(FY)模式分別可獲取表面/近表面和本體摩擦膜的詳細(xì)化學(xué)信息[31]。不同元素的吸收邊和電子激發(fā)所需的能量不同，因此XANES對不同元素的不同吸收邊探測深度是不一樣的，如圖8所示，S、P元素的L吸收邊探測深度為50 nm，而Mo元素的L吸收邊探測可達(dá)到5 μm[32]。TEY模式主要是通過測量樣品的電流來獲得吸收信號，收集樣品發(fā)射的俄歇電子、彈性光電子和非彈性電子信號，而電子與吸收系數(shù)成正比，因此可通過檢測電子信號獲得物質(zhì)的化學(xué)信息。FY模式下，熒光檢測器采集樣品的熒光信號，通過與前電離室信號對比得到吸收系數(shù)，主要適用于測量元素濃度較低的樣品[33-34]。

圖8 XANES分析的最大表面深度Fig.8 The maximum surface depthfor XANES analyse

使用TEY模式測定B元素的K邊XANES光譜，分析DICB產(chǎn)生的摩擦膜的化學(xué)組成，并使用幾種標(biāo)準(zhǔn)化合物的XANES譜圖進(jìn)行比較。圖9所示為BN、Na2B4O7、NaBO3和B2O3模型化合物的B元素的K邊XANES譜，反映了B元素在不同化合物中的價態(tài)。BN在192.9 eV處 (a處)出現(xiàn)一個強(qiáng)吸收峰，在197.9 eV (c處)和198.6 eV處 (d處)出現(xiàn)兩個共振吸收峰，還在203 eV處 (g處)出現(xiàn)一個較寬的吸收峰。Na2B4O7、NaBO3和B2O3均在193.9 eV處 (b處)出現(xiàn)強(qiáng)吸收峰，Na2B4O7、NaBO3在199 eV處(e處)出現(xiàn)寬吸收峰，而B2O3在202 eV處(f處)附近出現(xiàn)寬吸收峰。

圖9 模型化合物的B元素K邊XANES光譜Fig.9 The XANES spectra of B K-edge of model compounds

圖10所示為n-DICB和i-DICB在TEY模式下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)和載荷下的B元素K邊XANES光譜。

圖10 TEY模式下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)和負(fù)載下的n-DICB/i-DICB的B元素K邊XANES光譜Fig.10 The XANES spectra of B K-edge of n-DICB/i-DICB with different mass fraction under different loads in TEY modes:(a) B near-edge absorption spectra of tribofilm from of n-DICB with different mass fraction;(b) B near-edge absorption spectra of tribofilm from of i-DICB with different mass fraction;(c) B near-edge absorption spectra of tribofilm from of n-DICB under different loads;(d) B near-edge absorption spectra of tribofilm from of i-DICB under different loads

圖10(a)、(b)所示為n-DICB和i-DICB在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下摩擦膜的B元素近邊吸收光譜?？梢钥闯觯煌|(zhì)量分?jǐn)?shù)的n-DICB/i-DICB均在193.9 eV處 (b處)出現(xiàn)強(qiáng)烈的吸收峰，同時在199 eV (e處)和203 eV (f處)附近出現(xiàn)較弱、較寬的吸收峰，隨著添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，峰的強(qiáng)度提高。此外，可以觀察到在192 eV(a處)、197.9 eV (c處)、198.6 eV (d處)附近出現(xiàn)較弱吸收峰，并在203 eV處 (g處)出現(xiàn)較寬吸收，這與模型化合物BN的峰較為接近。因此，推斷靠近基底的本體摩擦膜以硼氧化物、硼酸鹽、氮化硼的混合物形式存在，硼元素主要以三配位和四配位的硼氧化物(氧化硼和硼酸鹽混合物)形式存在，少量以BN的形式存在。

圖10(c)、(d)所示為n-DICB和i-DICB在不同載荷下摩擦膜的B元素近邊吸收光譜，添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%。TEY結(jié)果表明，摩擦膜以硼氧化物、硼酸鹽、氮化硼的混合物形式存在，形成復(fù)合保護(hù)膜以增強(qiáng)減摩和摩擦力，與不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的XANES分析結(jié)果一致。隨著試驗(yàn)載荷的增加，硼氧化物、硼酸鹽、氮化硼峰的相對強(qiáng)度增加，這是因?yàn)檩d荷的增加將促進(jìn)致密保護(hù)膜的形成，增強(qiáng)DICB的減摩性能。

根據(jù)SEM、EDX和XANES的表面分析結(jié)果，可以推斷n-DICB/i-DICB吸附在金屬表面形成保護(hù)膜。同時，DICB發(fā)生分解和摩擦反應(yīng)，在剪切力和摩擦熱作用下形成復(fù)雜的邊界保護(hù)膜，沉積在摩擦副的金屬表面，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的減摩、抗磨和極壓性能。從XANES譜圖的吸收峰位置和強(qiáng)度可以看出，摩擦膜以硼氧化物、硼酸鹽、氮化硼的混合物形式存在，其中以三配位和四配位的硼氧化物(氧化硼和硼酸鹽混合物)形式為主，少量以BN的形式存在。以硼氧化物為主的化學(xué)反應(yīng)膜具有較高的剪切強(qiáng)度，覆蓋在摩擦副表面形成厚度較大、硬度較高的膜，從而起到潤滑作用，同時BN具有與石墨烯相似的層狀結(jié)構(gòu)，也具有良好的潤滑性能，因此DICB有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。

3 結(jié)論

(1)合成一種具有優(yōu)異的減摩、抗磨極壓性能的新型的1,3-二癸基咪唑陽離子、雙水楊酸螯合硼酸陰離子的離子液體添加劑n-DICB/i-DICB，添加劑中不含硫、磷元素以及鹵素，是一種環(huán)境友好的添加劑。

(2)n-DICB/i-DICB作為潤滑油添加劑，可顯著降低摩擦因數(shù)，并提高生物降解基礎(chǔ)油的抗磨性和極壓性能。i-DICB的減摩性能和極壓性能優(yōu)于n-DICB。

(3)在摩擦過程中n-DICB/i-DICB形成致密摩擦膜，摩擦膜主要由硼氧化物、硼酸鹽、氮化硼組成，硼氧化物具有較高的剪切強(qiáng)度，覆蓋在摩擦副表面形成厚度較大、硬度較高的膜，同時BN具有與石墨烯相似的層狀結(jié)構(gòu)，因此n-DICB/i-DICB有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。