潤滑油としてのイオン液体の設計と評価

离子液体润滑剂的设计与评价

• 批准号: 18045003
• 负责人: 南 一郎
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Iwate University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18045003/
• 关键词: 潤滑剤; トライボロジー; 表面改質; 摩擦調整剤; 耐摩耗剤; トライボ化学; 界面工学; グリーンケミストリー; トライボ化学反応; メカノケミカル反応; 摩擦・摩耗試験; 表面分析; 境界潤滑

イオン液体は現行の合成油と比べて遜色ないトライボロジー特性を示した.このうちN,N-ジエチル-N-メトキシエチル-N-メチルアンモニウム塩では,テトラフルオロボレートアニオン(BF_4^-)誘導体がビス(トリフルオロメチルスルフォニル)イミド(TFSI)誘導体よりも低い摩擦係数を示した.これは摩擦中にイオン液体と金属面が化学反応をして生じる境界膜の差であると推定した.X線光電子スペクトルでは結合エネルギー684eV付近に金属フッ化物に相当するシグナルが観察されたのでトライボ化学反応でアニオンが分解したことがわかった.飛行時間型二次イオン質量分析(TOF-SIMS)で摩擦面の内外を含む化学マッピングを取得した.BF_4誘導体では摩擦面内部に質量電荷比(m/z)75のフッ化鉄の生成が観察された.さらにm/z11のフラグメントイオンから摩擦面にホウ素が存在していることも示された.これらのフラグメントイオンは摩擦面外ではほとんど検出されなかった.XPSとTOF-SIMSの結果をあわせると,BF_4^-が摩擦材料の主成分である鉄とトライボ反応することがわかった.TFSI^-誘導体で試験した摩耗痕の光学顕微鏡写真を見ると,接触面圧の高い部分(Inner area)と接触圧の低い部分(Border area)で摩耗痕の状態が異なる.これらの領域と摩擦面外を含む化学マッピングを見ると,接触圧の低い領域ではm/z 43のフラグメントイオンが,接触圧の高い領域ではm/z 75のフラグメントイオンが強い強度で検出された.前者は有機フッ化物に特徴的なフラグメントイオンである.接触圧の高い領域ではm/z 32のフラグメントイオンが検出され,これはTFSI^-含まれるイオウに帰属できる.以上の結果から,TFSI^-もBF_4^-と同様にトライボ化学反応を受けて金属フッ化物を与えることがわかった.接触圧の低い領域で観察されたm/z 43のフラグメントイオンは,金属面に吸着したTFSI-か,分解したとしてもC-F結合を保っているので金属フッ化物に至る中間体であると推定した.以上,化学的に安定とされるイオン液体は摩擦場という特殊な条件下で反応し,表面分析ではイオン液体のアニオン部分であるBF_4^-とTFSI^-の反応物が検出された.

该离子液体表现出与目前合成油相当的摩擦学性能。其中，在N,N-二乙基-N-甲氧基乙基-N-甲基铵盐中，四氟硼酸根阴离子(BF_4^-)衍生物是来自(三氟甲基磺酰基)亚胺(TFSI) ) 导数其还表现出低摩擦系数，推测这是由于摩擦期间离子液体与金属表面之间的化学反应产生的边界膜的差异所致，因此可以确定阴离子。通过摩擦化学反应被分解。使用空间二次离子质谱（TOF-SIMS）获得了包括摩擦表面内部和外部的化学图谱。在BF_4导数中，形成质荷比（m/z）为75的氟化铁此外，m/z11 处的碎片离子表明硼存在于摩擦表面上。结合XPS和TOF-SIMS的结果，观察测试磨痕的光学显微照片，发现BF_4^-与摩擦材料的主要成分铁发生摩擦反应。我们可以看到接触面压力较高的区域（内观察包括这些区域和摩擦表面之外的区域的化学映射，发现在区域（区域）和接触压力低的区域（边界区域）之间磨痕的状态不同。在接触压力较低的区域，m/z 43 的碎片离子在高接触压力的区域中，以高强度检测到 m/z 75 的碎片离子。前者是有机氟化物的碎片离子特征。高接触压力区域，m/z 75 被高强度检测到。检测到32个碎片离子，这可归因于TFSI^-中所含的硫。从上述结果发现，TFSI^-也发生类似于BF_4^-的摩擦化学反应，生成金属氟化物.m/z。在低接触压力区域观察到43 的碎片离子被认为是吸附在金属表面的 TFSI 或导致金属氟化物的中间体，因为即使在摩擦场的特殊条件下发生反应，它仍保持 C-F 键，并且表面分析检测到反应物。 BF_4^-和TFSI^-，它们是离子液体的阴离子部分。

项目成果

イオン液体のトライボロジー特性とトライボ化学反応

离子液体的摩擦学特性和摩擦化学反应

• 发表时间: 2007
• 作者: H.Kamimura;T.Chiba;N.Watanabe;T.Kubo;H.Nanao;I.Minami;S.Mori;南 一郎;南 一郎
• 通讯作者: 南 一郎

イオン液体のトライボロジー

离子液体的摩擦学

• 发表时间: 2008
• 作者: I.Minami;M.Kita;T.Kubo;H.Nanao. S.Mori;Ichiro Minami;南一郎
• 通讯作者: 南一郎

Thermo-Oxidative Stability of Ionic Liquids

离子液体的热氧化稳定性

• 发表时间: 2007
• 作者: H.Kamimura;T.Chiba;N.Watanabe;T.Kubo;H.Nanao;I.Minami;S.Mori;南 一郎;南 一郎;渡邊 尚子;南 一郎;渡邊 尚子;喜田 守;南 一郎
• 通讯作者: 南 一郎

Evaluation of Trifluorotris (Pentafluoroethyl) Phosphate Derivatived Ionic Liquids as Lubricants

三氟三（五氟乙基）磷酸酯衍生离子液体作为润滑剂的评价

• 发表时间: 2007
• 作者: H.Kamimura;T.Chiba;N.Watanabe;T.Kubo;H.Nanao;I.Minami;S.Mori;南 一郎;南 一郎;渡邊 尚子;南 一郎;渡邊 尚子;喜田 守;南 一郎;南 一郎
• 通讯作者: 南 一郎

Ionic Liquids as Advanced Synthetic Lubricants

离子液体作为先进的合成润滑剂

• 发表时间: 2007
• 作者: H.Kamimura;T.Chiba;N.Watanabe;T.Kubo;H.Nanao;I.Minami;S.Mori;南 一郎;南 一郎;渡邊 尚子
• 通讯作者: 渡邊 尚子