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近来,以有机硼酸酯、无机硼酸盐和六方氮化硼(h-BN)为代表的含硼化合物,因其具有良好的减摩抗磨性能、抗氧化性以及生物降解性,作为环保型添加剂应用在摩擦学领域受到了日益广泛的关注。首先,论文以改善硼酸酯的水解稳定性为目的,从分子设计角度出发,将含氮化合物和苯环引入到硼酸酯结构中,合成了8种无灰低磷或无磷的含氮苯硼酸酯类添加剂和6种无灰无磷的含氮硼酸酯类添加剂,考察了它们在液体石蜡中的减摩抗磨性能。其次,论文以提高氮化硼在基础油中的分散稳定性和相容性为目的,制备了一系列表面功能化的氮化硼纳米材料,并对复合功能材料在液体石蜡和150N基础油中的摩擦学性能进行了研究评价。第三,合成了系列羧基碳球/双乙二酸硼酸钠复合物,研究了它们在液体石蜡中的减摩抗磨性能,讨论了无机硼酸盐修饰的碳球复合物的摩擦学性能。主要的研究内容如下:1.设计、合成了8种低磷或无磷的含氮苯硼酸酯类添加剂,采用四球摩擦磨损试验机对它们的摩擦学性能进行了测试,考察了它们在液体石蜡中的油溶性和水解稳定性。结果表明,所合成的8种含氮苯硼酸酯化合物在液体石蜡中表现出良好的油溶性和水解稳定性,作为液体石蜡添加剂可显著提高减摩和抗磨性能,且含磷氮苯硼酸酯添加剂的减摩抗磨性能优于不含磷的苯硼酸酯添加剂。与商品二烷基二硫代磷酸锌(T202)相比,含磷氮苯硼酸酯添加剂表现出更好的减摩和抗磨效果。钢球磨损表面的SEM和EDS测试结果表明,含磷氮苯硼酸酯添加剂可以在摩擦表面形成含有硼、氮、磷元素的保护膜。2.利用N→B分子内配位键,设计、合成了6种无硫无磷的含氮硼酸酯化合物,研究了它们在液体石蜡中的油溶性、水解稳定性以及摩擦学性能,考察了化合物分子结构与摩擦磨损性能之间的变化关系规律。结果表明,6种含氮硼酸酯化合物均具有较好的热稳定性,在液体石蜡中,表现出良好的油溶性和水解稳定性;作为液体石蜡的添加剂可显著减小磨斑直径,而且添加剂分子结构中的烷基链越长,抗磨效果越好。6种含氮硼酸酯化合物在液体石蜡中均未呈现出减摩性能。3.以草酸、硼酸、氢氧化钠和羧基碳球(HTC-COOH)为原料,通过固相合成法制备了系列双乙二酸硼酸钠修饰的羧基碳球(HTC/NaBOB)复合物。考察了所合成的HTC/NaBOB复合物作为液体石蜡添加剂的摩擦学性能。结果表明,HTC/NaBOB复合物都可以提高液体石蜡的摩擦学性能。在相同试验条件下,HTC/NaBOB复合物的减摩和抗磨性能优于HTC-COOH或NaBOB,说明HTC/NaBOB复合物中各组分存在一定的协同润滑效应。此外,HTC/NaBOB复合物的溶液离子电导率测试研究表明,HTC/NaBOB复合物在电池常用的有机溶剂和碳酸盐溶剂中的溶解度适中,具有良好的高温稳定性和室温离子导电性,是一种非常有前途的钠离子电池电解质候选材料。4.采用超声辅助的碱金属氢氧化物熔融热剥离方法处理商品h-BN,获得氮化硼纳米片(h-BNNSs)。以硅烷偶联剂3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基丙烯酸酯(KH570)为修饰剂,对h-BNNSs进行表面功能化修饰,得到表面修饰的h-BNNSs(m-BNNSs),对所得产品进行了分析表征,并评价它们在液体石蜡中的摩擦学性能。结果显示,KH570通过共价键连接在h-BNNSs的表面上,形成表面修饰的氮化硼m-BNNSs,与商品块状h-BN相比,h-BNNSs和m-BNNSs在液体石蜡中具有较好的分散稳定性,且明显改善液体石蜡的减摩和抗磨性能,m-BNNSs的摩擦学性能优于h-BNNSs。5.以3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTS)为修饰剂,对纳米片状氮化硼h-BNNSs进行表面功能化修饰,合成了表面功能化修饰的氮化硼APTS-BNNSs。基于碳二亚胺反应,将4-羧基苯基硼酸(CPBA)共价连接在APTS-BNNSs表面,得到表面带苯基硼酸的氮化硼产品CPBA-BNNSs。对h-BNNSs、APTS-BNNSs和CPBA-BNNSs进行了分析表征,并进行了摩擦学性能研究。结果表明,h-BNNSs、APTS-BNNSs和CPBA-BNNSs都具有较好的减摩抗磨性能,CPBA-BNNSs对150N基础油的减摩抗磨性能的改善最为显著。添加0.075 wt%CPBA-BNNSs的基础油,摩擦系数减小了32.3%,磨痕直径和摩擦面的平均磨损体积分别降低了42.9%和88.4%。对摩擦后钢球表面磨斑形貌及元素分布进行了SEM、EDS和MicroXAM-3D的分析,结果发现,CPBA-BNNSs可以在摩擦表面形成一层含硼和氮元素的保护膜,从而减少摩擦,保护摩擦表面不受磨损。因此,CPBA-BNNSs可能被推荐作为一种潜在的润滑油添加剂在实际应用中使用。