Durable Near-Zero Wear Behavior Achieved by Polymer-Based Protic Ionic Liquids on Engineering Steel Surfaces

材料科学 离子液体 聚合物 零(语言学) 离子键合 复合材料 化学工程 纳米技术 法律工程学 离子 有机化学 催化作用 语言学 工程类 哲学 化学
作者
Huanchen Liu,Lehao Zhao,Xiaoyu Wang,Xia Zhang,Daoai Wang,Feng Zhou
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (37): 52631-52644 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsami.5c11623
摘要

Near-zero wear on engineering steel surfaces is a promising solution to extend the service life of mechanical equipment. However, most existing strategies offer only limited low wear under particular conditions and friction pairs. To address this, we design a polymer-based proton ionic liquid (PPILs) lubricant, leveraging the proton exchange between polyethylenimine, which is rich in active nitrogen groups, and bis(2-ethylhexyl) phosphate. The results indicate that under high Hertzian contact pressure (2.15 GPa), the friction coefficient of PPILs is ∼0.08, and the wear rate of the steel disk is as low as 1.46 × 10–10 mm3·N1–·m–1. Even in multiple environments (long-term friction or high frequency), PPILs continue to exhibit durable near-zero wear behavior. It is related to the combined effects of adsorption films, tribochemical films, and hydrodynamic effects. Moreover, the PPILs were combined with polyol aqueous solutions to create a superlubrication system (μ = 0.007) with an ultrashort running-in period (<3 s) under Si3N4/glass friction pairs, thereby enriching the research on superlubrication materials. This study addresses the existing limitations of ultralow wear on engineering steel surfaces and introduces a new category of polymer-based protic ionic liquid lubricants, significantly expanding the application of ultralow wear materials.
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