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润滑是减少摩擦、降低或避免磨损的最有效手段,其中,液体润滑剂是最常用的润滑剂形态,通常由润滑基础油和添加剂组成。本文从润滑油和碳纳米材料润滑添加剂出发,首先,对新戊基多元醇酯基础油合成过程进行了热力学分析,为工程设计提供基础热力学数据;然后,针对碳纳米材料润滑添加剂在润滑剂中的分散性和相容性问题,开展了富勒烯C60的化学修饰和乳液增溶;进一步开展了碳点的离子液体修饰,研究了它们的摩擦学性能。获得了如下主要成果: (1)以直接酯化法合成新戊二醇二油酸酯、三羟甲基丙烷三油酸酯和季戊四醇四油酸酯为模型反应,利用B enson基团贡献法计算了复杂分子的基础热力学数据,进而利用热力学基本原理计算了上述三个酯化反应的反应焓变ΔrH、反应Gibbs自由能变ΔrG及反应平衡常数K。计算结果表明,在380K-470K范围内三个反应均为吸热反应,自发反应,且平衡常数很大,说明反应在热力学上完全可行。随温度升高,反应的平衡程度呈降低趋势。 (2)采用Prato反应制备了带有三个长线性脂肪链的烷基化富勒烯C60,将C60在石蜡油中的溶解度从0.028wt%提高至0.056wt%,并研究了将其作为石蜡油(PO)润滑添加剂对钢/钢接触摩擦学的影响。添加烷基化C60后,润滑体系与纯石蜡油相比,摩擦系数降低24%,抗磨效果明显,表明烷基化C60在摩擦学领域具有潜在应用价值。研究表明,烷基化C60在石蜡油中形成片状聚集体,致使润滑机理与石墨类似,这与水溶性C60衍生物润滑过程假设的滚珠机理不同。 (3)将阳离子表面活性剂十四烷基三甲基氢氧化铵(TTAOH)与月桂酸(LA)等摩尔混合,通过酸碱中和反应制备了无盐阴/阳离子表面活性剂十四烷基三甲基月桂酸铵(TTAL),进而构筑了TTAL/PO/H2O乳液体系,并利用TTAL对C60的增溶作用制备了掺杂C60的TTAL/PO/H2O乳液体系,该体系为粘弹性流体。体系摩擦学行为的研究表明,TTAL/PO/H2O乳液体系掺杂C60后具有一定减摩效果,抗磨效果非常显著,随C60掺杂量的增加,磨损量呈减小趋势。掺杂比例(WC60∶WTTAL)为1∶25时,降低为纯乳液的2.83%。掺杂C60的TTAL/PO/H2O乳液体系的润滑机理可能是乳液在金属表面强的成膜能力、小液滴良好的润滑能力、在接触表面形成吸附膜和摩擦膜等的综合作用。 (4)通过一锅热解法制备了平均粒径2.05nm水溶性离子液体1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐([APMIm][Br])修饰的碳点(CDs-Br),并通过阴离子交换相转移将CDs均匀分散于离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐([BMIm]NTf2,IL)中,形成能够稳定存在的CDs/IL复合润滑体系。摩擦学测试表明,CDs/IL复合润滑体系在300℃下具有良好的减摩抗磨效果,CDs浓度为0.05wt%时,稳定段平均摩擦系数降为未添加时的49.2%;CDs添加量为0.1wt%时,磨损体积降低为未添加时的7.15%。将CDs应用于离子液体高温润滑领域,有利于拓宽常规离子液体的高温使用范围,是一种具有应用潜力的纳米减摩抗磨添加剂。