SPM系列丨潤滑油固液界面特性表征
發(fā)布時間:2021-09-05 閱讀次數(shù)：863次
潤滑油是各種機械設備上用以減少摩擦，保護機械及加工件的液體或半固體潤滑劑。潤滑油如發(fā)動機機油，潤滑原理是其中所含的添加劑成分會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。
但目前常用的測試方法并不能直接觀察吸附膜，因此在實際的潤滑油開發(fā)過程中，需要使用大型裝置進行重復測試，例如采用真實車輛測試和發(fā)動機測試，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納米級針尖和樣品間作用力獲得信息的高分辨工具。但是傳統(tǒng)原子力顯微鏡對力的檢測分辨率不夠高，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到一個或幾個分子對探針的擾動，非常適合對潤滑油吸附膜這種單分子膜進行觀測。
SPM-8100FM調(diào)頻原子力顯微鏡僅需500μl潤滑油樣品，即能夠以分子級分辨率觀察潤滑油-氧化鐵界面。
使用SPM-8100FM對潤滑油中氧化鐵表面上所形成的磷酸酯吸附膜進行分析基油為PAO 4（聚α-烯烴），添加劑為C18AP（正磷酸油酸酯）。
圖示為4組對照實驗，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。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)構開始消失，最后在20 ppm和200 ppm時完全觀察不到。層狀結(jié)構消失表明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時部分覆蓋，在20ppm和200ppm時完全覆蓋?？梢酝茢啵S著C18AP濃度不斷增加，氧化鐵基片表面逐漸被吸附膜覆蓋。
對照使用擺錘式摩擦力測試儀測量獲得的鋼-潤滑油-鋼界面的摩擦系數(shù)。
在添加C18AP濃度到達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，C18AP吸附層完全覆蓋了氧化鐵基片表面。
盡管對滑動條件和靜態(tài)條件下實施表面分析的動態(tài)環(huán)境存在差異，但是這些實驗結(jié)果表明，使用SPM-8100FM對潤滑油-氧化鐵界面實施分析進而評估滑動表面摩擦特性是可行的。該技術對于潤滑油開發(fā)，可有效加快潤滑油開發(fā)進度，在研發(fā)的初期階段就可以在實驗室中進行測試，完成開發(fā)初始階段篩查。