含氮杂环修饰的纳米稀土氧化物的摩擦学研究

本项目的目标是借助Gaussian量子化学程序对含氮杂环的空间结构进行计算和优化，从而找出影响对其修饰的纳米稀土氧化物油溶稳定性的因素，同时利用它们之间的活性元素的复配，使新型含氮杂环纳米稀土化合物作为润滑油添加剂的摩擦学性能得到很大的改善，以及对它们在摩擦表面的反应机理进行研究，揭示稀土氧化物在金属摩擦表面的反应历程，理解含氮杂环和稀土氧化物的摩擦学协同效应机理。通过选择不同纳米粒径和晶型，建立纳米微粒的物理性能和摩擦学性能之间的构效关系，通过对含氮杂环的氮元素个数以及种类等的摩擦学性能的评价，建立含氮杂环修饰的纳米稀土氧化物的含氮杂环和摩擦学性能和其对纳米稀土氧化物油溶稳定性的构效关系。从而为实际生产纳米添加剂的摩擦学性能和油溶稳定性问题的解决提供一定的理论基础，并丰富杂环化学和纳米化学以及稀土化学在摩擦功能材料中的内容。

采用溶胶-凝胶法制备出几种纳米稀土氧化物，使用含氮化合物对其进行修饰，研究了它们在菜籽油、CC级柴机油、润滑脂和废植物油以及加氢油中的摩擦学性能，运用现代表面分析方法对其摩擦学机理进行了探讨。所得的主要结论如下：.（1）苯并三氮唑乙酸和巯基苯并噻唑乙酸修饰剂只是包覆在稀土氧化物的表面，增加油溶性。苯并三氮唑修饰CeO2为0.3%时磨斑直径比菜籽油减小16.9%；苯并三氮唑和巯基苯并噻唑修饰的La2O3在0.1%磨斑直径最小，分别降低24.5%和18.9%。高载荷高浓度修饰后的La2O3的减摩效果都不好。分析表明N、S和稀土元素等组成的边界润滑膜起了良好的抗磨减摩效果。.（2）研究了修饰的稀土氧化物在CC级柴机油中的摩擦学性能，邻苯二胺修饰La2O3提高了CC级柴机油PB值的26.0%；0.3%的6-氨基己酸咪唑啉修饰La2O3 PB值为1025N。邻苯二胺修饰前后的La2O3的抗磨减摩效果优于相应的CeO2；邻苯二胺修饰的La2O3在0.1%时降低21.9%的磨斑直径；修饰后的减摩性能优于没修饰的，在高载荷下减摩性能更佳。分析结果显示稀土和N、O元素组成的复杂边界润滑膜提高了添加剂的摩擦学性能。.（3）将含氮化合物修饰的稀土氧化物添加在锂基脂中，6种添加剂均能提高锂基脂的PB值，低载荷下修饰后抗磨效果更好。CeO2及邻苯二胺修饰的La2O3无减摩效果，0.5%的巯基苯并噻唑乙酸修饰的CeO2的减摩效果好，随着载荷的增大减摩作用增大。低载荷下6-氨基己酸咪唑啉修饰的CeO2的减摩效果好于未修饰的。SEM和EDS分析说明添加剂中含有的N、稀土等活性元素能够有效地增加润滑脂的摩擦学性能。.（4）无修饰的纳米稀土氧化物能提高纯菜籽油和废植物油制备的润滑脂的极压值，废油润滑脂的极压值大于纯油润滑脂。它们均能降低基础脂的磨斑直径，低浓度的抗磨效果更好。氧化铈的减摩性能好于氧化镧。SEM和EDS分析，稀土氧化物具有抗磨效果的主要原因是在接触表面形成了含有稀土元素的边界润滑膜。.（5）添加长碳链脂肪酸修饰的氧化铈到5Cst中，修饰的氧化铈提高5Cst的PB值；油酸修饰的氧化铈在0.01%的抗磨性能最佳，12-羟基硬脂酸修饰的氧化铈在浓度小于0.05%时具有一定的抗磨性能；油酸修饰的氧化铈在浓度为0.1%时的减摩性能最佳，12-羟基硬脂酸修饰的无减摩性能。