Till innehåll på sidan

Ionic lubricants

Molecular features and surface protection mechanisms

Tid: Fr 2022-06-10 kl 09.00

Plats: D2, Lindstedtsvägen 5, Stockholm

Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/65562657596

Språk: Engelska

Ämnesområde: Maskinkonstruktion

Respondent: Bulat Munavirov , Maskinkonstruktion (Inst.)

Opponent: Professor Rob Dwyer-Joyce, University of Sheffield

Handledare: Professor Sergei Glavatskih, Maskinkonstruktion (Avd.); Professor Istvan Furo, Centrum för Industriell NMR-teknik, Tillämpad fysikalisk kemi

Exportera till kalender

Abstract

I denna avhandling studerades jonvätskor som potentiella kandidater som smörj-medel. Tre fosfoniumortoborat jonvätskor studerades avseende molekylära strukturen och prestationen vid kontaktsmörjning. Den molekylära strukturstudien fokuserade på aspekter av bulk såväl som gränssnitt. Smörjningsstudierna utfördes för både ren jonvätskor och jonvätskor som används som tillsatser till oljor. Ett brett utbud av kontaktgeometri och yttopografi metoder användes för att underlätta tolkningen av de erhållna resultaten. Två kommersiellt tillgängliga jonvätskor (fosfoniumfosfat och fosfoniumfosfinat) användes för att utvärdera den tribologiska prestationen av jonvätskor som tillsats till oljor. 

Den molekylära rörligheten studerades med hjälp av Kärnmagnetisk resonans diffusometri. Dessa studier visade tydligt att den distinkta molekylära organisationen var beroende av den kemiska strukturen av ortoboratanjon. Ett liknande samband mellan jonkemi noterades  i tester av den tribologiska prestation av ortoborat jontvätskor när det gäller friktionsreduktion, slitageskydd och ytinteraktioner. Dessa resultat var också relevanta för jonvätskor som används som tillsatser i oljor. Testning av tribologiska prestation hos ortoborater tillsammans med fosfinat- och fosfat-jonvätskor visade att en förändring i anjonstrukturen kan återställa den tribologiska prestation av en oljelösning: från lägre till högre friktion och slitage jämfört med den ursprungliga smörjförmågan. 

En av ortoborat jonvätskor, trihexyltetradecylfosfonium bis(mandelato)borat (PBMB) valdes ut för en djupare analys. Kombinationen av PFG NMR och Quartz Crystal Microbalance (QCM) experimentella metoder visade möjligheten att en PBMB-rik film byggdes upp på toppen av laddade ytor. Således etablerades möjligheten till elektrostatiskt driven fysisorption av jonvätskor experimentellt. Ytterligare tribologiska tester utförda på smörjoljor med tillsatt PBMB indikerade att yt-PBMB deltog i tribokemiska reaktioner och skapade en slitageskyddande tribofilm. 

Fosfoniumortoborat jonvätskor visade en enastående prestation vid smörjning av mekaniska kontakter både som ett rent smörjmedel eller som tillsatser: de minskade slitaget med upp till 92% och friktionen med 50%. Resultat erhölls från en stor studie där flera olika kontaktförhållanden uppnåddes genom variation av yttopografi och genom olika mekaniska arrangemang av den experimentella uppsättningen av tribotesten. De bakomliggande orsakerna till sådana prestandaförändringar undersöktes genom en omfattande ytanalys och kopplades vidare till anjonens kemiska struktur. 

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-312154