功能化磁性离子液体的设计合成及在外加磁场下的摩擦机制研究

Magnetic lubricants are important materials used for addressing special lubrication and sealing problems. It will be out of work for long time use or alternative environmental condition, owing to that it is composed of a thermally unstable colloidal system. Magnetic ionic liquid not only has the advantage of ionic lubricant, but also is pure compound and thermal stable. The tribological behavior of magnetic ionic liquid has not been reported, although there are many reports of tribological behavior of ionic liquid and magnetic lubricant respectively. So, a series of magnetic ionic liquids having lubricating functional group will be designed and synthesized. Their tribological behaviors under or not magnetic field at different lubrication condition will be investigated. The triboloical behavior mechanism of magnetic ionic liquid as a lubricant will be revealed and the physical model will be established. The results of this proposal will offer materials base and theoretical guidance for magnetic ionic liquid used as a synthesized lubricant.

磁性润滑剂是解决特定工况下机械设备运动部件润滑与密封问题的重要材料。当前由磁性颗粒分散在润滑基础液中构成的磁性润滑剂，因热力学不稳定性使其应用条件和使用寿命受到限制。而磁性离子液体作为具有稳定热力学性能的均相体系有望成为高性能的磁性润滑剂。本项目拟采用在宽温域范围内有良好物理化学稳定性的磁性离子液体作为润滑剂，并通过官能团的引入调控磁性离子液体的物理化学性能。研究其在磁场作用下对铁基/非铁材料、高/低磁导率材料等摩擦副表面的润湿和成膜性能。考察磁性离子液体在弹流、混合和边界润滑区的摩擦学行为。阐明不同官能团对磁性离子液体物理化学性能的调控机制，建立磁性离子液体性能调控的方法。揭示磁性离子液体在不同摩擦条件下及外磁场作用下的润滑机制，建立磁性离子液体作为润滑材料的物理模型。为磁性离子液体作为润滑材料提供基础数据和理论依据。

磁性润滑剂是解决特定工况下机械设备运动部件润滑与密封问题的重要材料。为解决传统磁流体(基础润滑液+磁性颗粒)因热力学不稳定导致应用条件和使用寿命受到限制的问题。本项目设计合成了具有不同阴阳离子组成的磁性离子液体，系统考察了其物理化学性能(密度、粘度、吸附性能、流变特性等)及在不同摩擦副表面的润湿性和成膜机制。研究了不同组成磁性离子液体在外磁场控制下，在斜面等特殊工况下的摩擦学性能；磁性离子液体作为宽温域润滑材料对钢/钢、陶瓷/钢等多种摩擦副的润滑性能；磁性离子液体在不同磁场强度下的摩擦学变化规律。阐明了磁性离子液体中不同阴、阳离子的吸附性能、流变性能、腐蚀性能等物理化学特性与摩擦学性能之间的构效关系和摩擦学作用机制，并与传统的磁流体润滑剂进行了摩擦学性能的对比。研究结果表明：外加磁场作用下，磁性离子液体均能准确保持在斜面等特殊工况润滑表面实现连续润滑，并表现出优良的减摩抗磨性能。其中季膦阳离子和硫氰合镝阴离子构成的[P4,4,4,14]5[Dy(SCN)8]磁性离子液体在实验条件下与传统磁流体相比，摩擦系数均降低50%以上，磨损降低90%以上，优异的摩擦学性能归因于其良好的粘温特性和优良的吸附性能，在摩擦副表面形成了物理化学吸附膜和摩擦化学反应膜，从而大大降低了摩擦磨损。同时，磁性离子液体在较宽温度范围内(25℃-150℃)具有优良润滑性能。高温条件下，磁流体在磨损表面迅速形成由Fe3O4微粒和少量有机物组成的沉积膜，主要磨损机制为磨粒磨损。而磁性离子液体在摩擦过程中摩擦化学反应加剧，从而在宽温域范围内具有优良的减摩抗磨性能。