SPM系列丨潤(rùn)滑油固液界面特性表征
發(fā)布時(shí)間:2021-09-05 閱讀次數(shù)：868次
潤(rùn)滑油是各種機(jī)械設(shè)備上用以減少摩擦，保護(hù)機(jī)械及加工件的液體或半固體潤(rùn)滑劑。潤(rùn)滑油如發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油，潤(rùn)滑原理是其中所含的添加劑成分會(huì)在金屬表面形成吸附膜，從而減少摩擦作用，并通過防止金屬與金屬間的直接接觸來阻止金屬磨損。
但目前常用的測(cè)試方法并不能直接觀察吸附膜，因此在實(shí)際的潤(rùn)滑油開發(fā)過程中，需要使用大型裝置進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，例如采用真實(shí)車輛測(cè)試和發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試，以縮小改性劑候選范圍和最佳濃度范圍。此類開發(fā)方式需要大量的時(shí)間與物料成本，因此迫切需要一種新的方法。
原子力顯微鏡是一種通過檢測(cè)納米級(jí)針尖和樣品間作用力獲得信息的高分辨工具。但是傳統(tǒng)原子力顯微鏡對(duì)力的檢測(cè)分辨率不夠高，因此需要使用調(diào)頻模式的原子力顯微鏡。調(diào)頻模式下探針可以檢測(cè)到一個(gè)或幾個(gè)分子對(duì)探針的擾動(dòng)，非常適合對(duì)潤(rùn)滑油吸附膜這種單分子膜進(jìn)行觀測(cè)。
SPM-8100FM調(diào)頻原子力顯微鏡僅需500μl潤(rùn)滑油樣品，即能夠以分子級(jí)分辨率觀察潤(rùn)滑油-氧化鐵界面。
使用SPM-8100FM對(duì)潤(rùn)滑油中氧化鐵表面上所形成的磷酸酯吸附膜進(jìn)行分析基油為PAO 4（聚α-烯烴），添加劑為C18AP（正磷酸油酸酯）。
圖示為4組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，分別是僅使用PAO（不添加C18AP）和添加了濃度為0.2 ppm、 2 ppm、20 ppm和200 ppm的C18AP的潤(rùn)滑油。
在未添加C18AP的PAO中，觀察到層間距離0.66 nm的層狀結(jié)構(gòu)。通過這一層次可以看出，PAO分子在氧化鐵膜表面上形成了平行于表面的平坦的覆層。隨著C18AP濃度不斷增加，從0.2 ppm到2 ppm后，層狀結(jié)構(gòu)開始消失，最后在20 ppm和200 ppm時(shí)完全觀察不到。層狀結(jié)構(gòu)消失表明PAO分子定向已被C18AP破壞，即C18AP在氧化鐵基片上的形成了吸附膜。氧化鐵基片在濃度為2ppm時(shí)部分覆蓋，在20ppm和200ppm時(shí)完全覆蓋。可以推斷，隨著C18AP濃度不斷增加，氧化鐵基片表面逐漸被吸附膜覆蓋。
對(duì)照使用擺錘式摩擦力測(cè)試儀測(cè)量獲得的鋼-潤(rùn)滑油-鋼界面的摩擦系數(shù)。
在添加C18AP濃度到達(dá)20 ppm后，PAO的摩擦系數(shù)大大降低。
SPM-8100FM界面圖像表明，PAO中C18AP的濃度高于20ppm時(shí)，C18AP吸附層完全覆蓋了氧化鐵基片表面。
盡管對(duì)滑動(dòng)條件和靜態(tài)條件下實(shí)施表面分析的動(dòng)態(tài)環(huán)境存在差異，但是這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用SPM-8100FM對(duì)潤(rùn)滑油-氧化鐵界面實(shí)施分析進(jìn)而評(píng)估滑動(dòng)表面摩擦特性是可行的。該技術(shù)對(duì)于潤(rùn)滑油開發(fā)，可有效加快潤(rùn)滑油開發(fā)進(jìn)度，在研發(fā)的初期階段就可以在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行測(cè)試，完成開發(fā)初始階段篩查。