芳基硼化衍生物作为载荷添加剂的摩擦学行为研究

As a new class of non-active load-carrying additive, Boron-based lubricating additives have been paid more and more attention. However，its poor hydrolytic stability restrict its industrial application.In this research, we shall design and prepare four types of aryl-borated derivatives on the premise of their hydrolytic stability, which can be divided into different structures containing traditional tribological active group, active sulfur, B-N coordination bond and non-borate type, respectively..Based on investigating into the correlation between their molecular structures and tribological characteristics & hydrolytic stability, the tribological behavior of aryl-borated derivatives can be disclosed on the level of molecular. By virtue of various surface analysis means, the mechanism of tribological reaction aryl-borated derivatives with the surface of metal friction pair will be explored. The tribological theories for load-carrying additive containing boron can be enriched by revealing thoroughly the mechanism of EP, antiwear, friction-reducing and synergistic effect. Moreover, the antioxidation properties and the synergistic effect mechanism with phenols antioxidant will also be studied for the first time in this research..This project is expected to offer important experimental data and theoretical support for industrial application in future, which may also be of good application prospect and important academic value.

作为一类新型的非活性载荷添加剂，硼系添加剂正受到人们越来越多的关注，但其差的水解稳定性却极大制约了它的推广应用。本课题将从提高水解稳定性着手，通过分子结构设计进而制备四类新型芳基硼化衍生物（可分别按功能化区分为：含传统摩擦活性官能团、含活性硫、含BN内配键、高水稳非硼酸酯化结构等）。.通过系统研究芳基硼化衍生物的分子结构与其摩擦学特性以及水解稳定性之间的构效关系，从分子水平上揭示此类化合物的摩擦学行为；借助多种表面分析技术手段，探索研究芳基硼化衍生物与金属摩擦副表面发生的摩擦化学反应机制，系统全面地揭示其极压、抗磨、减摩及协同作用机理，以丰富人们对含硼载荷添加剂的摩擦学理论认识。此外，该课题也将首次研究芳基硼化衍生物的抗氧化作用及其与酚类抗氧剂的协同作用机理。.此课题有望为硼系载荷添加剂的进一步工业化应用提供重要的实验数据和理论支撑，具有重要的应用前景和学术价值。

本项目从提高硼系载荷添加剂水解稳定性着手，通过分子结构设计制备三类新型芳基硼化衍生物，同时向其结构中引入多种活性元素，使之成为具有极压、抗磨、抗腐蚀、抗氧化等多功能的高效载荷添加剂；通过在不同的基础油中评价其摩擦学性能，对其极压抗磨机理、活性元素间协同作用机理等摩擦化学性质进行研究，总结归纳了它们在不同基础油中的摩擦学规律，所得主要结论如下：. 1.在菜籽油中PBDTC有较好的承载性能和减摩性能，苯硼酸酯结构的引入可使减摩性能得以进一步提升。PBDDP在高载荷下其抗磨性能稍好于ZDDP。摩擦表面分析表明：苯硼酸酯分解产物、有机含氮衍生物及少量有机硫化物吸附在金属表面，而活性硫元素与摩擦表面反应生成了FeSO4 及很少量的FeS反应膜，吸附膜及反应膜共同在金属表面起保护作用。. 2.PBDSB比硫化烯烃拥有更为突出的提高PB值的能力，但提高PD值能力较差。PBDSB在摩擦条件下会发生分解直至生成熔点较低的B2O3沉积膜；一少部分有机硫化物在摩擦表面形成了化学吸附膜。PBDSN承载能力与硫化烯烃几乎相当，在较低的浓度下展现了更好的减摩和抗磨性能。PBDSN在摩擦过程中会发生分解，所生成的氧化硼和有机硫化物在金属表面发生吸附作用，同时活性硫化物在氧气氛的存在下与表面金属发生了摩擦化学反应而生成FeSO4及FeS2膜。. 3.PBNP和PBNH做为添加剂在摩擦过程中，会与菜籽油在摩擦表面发生竞争吸附状况：醇胺部分与金属表面反应后，形成一种有机含氮金属络合物薄膜，而苯硼酸部分则会吸附在金属表面，并与金属表面反应形成一种具有高硬度的有机硼氧化合物薄膜，使得摩擦表面具有很高的承载能力。说明当润滑油中含有B、N、S等活性元素，能够有效的增加润滑油的极压、抗磨及其减摩等摩擦学性能。. 4.水解稳定性测试结果显示，与简单的硼酸酯相比，拥有相类似结构的芳基硼化衍生物由于其B原子的缺电子性最大程度上得到弥补，其水解稳定性均明显进一步提高；其中含硫磷及硼氮配位苯硼酸酯水解稳定性最好。. 5.研究了外加胺对有机硼酸酯水解稳定性的影响。制备了不同链长的BN外配位复合剂和BN胺盐复合剂，对其水解稳定性研究结果表明，BN外配位复合剂的水解稳定性优于BN胺盐复合剂；所用外加胺的烷基链越长，其水解稳定性越好；对相同碳原子数的胺，仲胺的水解稳定性优于伯胺和叔胺。