研究生徐帆发表SCI一区论文

绿色、功能化的离子液体水-乙二醇润滑体系实现优异的界面行为

和摩擦学和力学响应

作为一种阻燃液压介质，水-乙二醇液压油被广泛应用于机械、冶金和煤矿等领域。在水-乙二醇（WG）体系中引入功能性离子液体(ILs)可显著提高其润滑性和耐腐蚀性，因此研究离子液体与水-乙二醇体系界面或水-乙二醇体系之间的相互作用具有重要意义。在本工作中我们设计了两种离子液体添加剂，其分子结构中的 N元素可与水-乙二醇体系形成强氢键网络结构，并在摩擦过程中形成水化层。同时，离子液体与滑动表面之间独特的界面行为也使其成为减摩和抗磨效果显著的关键。通过QCM-D实验可以在金属表面获得具有一定粘度和弹性模量的吸附层，从而显示出卓越的抗磨效果。此外，在摩擦界面上形成的摩擦膜还具有优异的机械性能（高杨氏模量和硬度）。通过TOF-SIMS测试还揭示了摩擦化学反应中不同离子在金属表面的反应过程。所有这些都为离子液体、水-乙二醇体系和界面之间的相互作用提供了理论依据，也进一步拓展了离子液体添加剂在水-乙二醇液压油中的应用。

综上所述，通过在WG体系中引入两种合成 IL 添加剂，构建了一种 ILs-WG 润滑系统。所构建的 ILs-WG 润滑体系在铸铁条表面形成了一层保护膜，从而减缓了腐蚀介质对金属的破坏，表现出优异的耐腐蚀性能。QCM-D 实验表明，ILs-WG 润滑体系在钢芯片上形成的吸附层具有独特的性能，有效改善其弹性和粘度，反映在摩擦过程中具有一定的抗磨损性能。通过调节摩擦条件，1% 的 IL 添加剂浓度为最佳浓度，具有优异的抗剪切性和承载性能。此外，ILs-WG 润滑体系还能在摩擦副之间形成水化层。IL 分子结构中的极性基团和活性元素的协同作用使摩擦化学反应得以发生并形成摩擦膜，从而显示出卓越的减摩和抗磨效果。此外，在金属基体上形成的摩擦膜膜还具有一定的力学性能，TOF-SIMS 和 XPS 揭示了摩擦膜膜的表面化合物组成、离子含量以及摩擦化学反应的相互作用过程。这项工作对探索 IL、WG 系统和界面三者之间的关系和相互作用具有重要意义，同时也拓宽了 IL 添加剂分子在水-乙二醇液压油中的应用。

Fan Xu, Haolin Li, Bingyu Tian, Kun Cui, Rui Dong, Mingjin Fan, Meirong Cai, Feng Zhou, Weimin Liu

Towards superior surface behavior, tribological and mechanical response by the green, functional ionic liquid water-glycol lubricating system 

Tribology International 193 (2024) 109363

https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109363