离子液体基磁流体的制备及其在外场中的润滑特性研究

Ionic liquids display unique physicochemical properties such as negligible vapor pressure, high thermal stability and liquid state in a broad temperature range. And ferrofluids are colloidal liquids, which can be positioned and retained in object region by external magnetic field. To overcome the space lubricant volatilization and migration, we proposed to synthesize an ionic liquid-based ferrofluid for the space environment and realize the control of lubrication by applying external electric and magnetic fields. During the preparation process, much attention is paid to the effect of charge screening on the stability of ferrofluid. In order to obtain the key factor of anti-creep, the absorbing mechanism as well as the evaluation method for absorbing strength between the magnetic particles/ion and external fields on the interface are discussed. The effect of the lubricant creep on frictional property is studied. Last but not least, a design for lubricant compensation based on external fields is built. This research will provide a new idea for retarding and controlling the volatilization and creep of liquid lubricant in space systems.

离子液体具有零蒸气压、高热稳定性及宽液程等独特性质。而磁流体是一类可通过外磁场加以控制、定位的胶体。针对空间液体润滑剂的挥发与爬移损耗等共性问题，本研究提出以离子液体为基载液，合成离子液体基磁流体；通过界面电/磁物理吸附的方式将其精确定位于润滑界面，实现对润滑过程的物理调控。合成过程中，着力分析离子电荷屏蔽作用对磁流体稳定性的影响。而在爬移及润滑特性研究方面，主要探讨磁流体内的磁性颗粒及阴阳离子与电/磁界面间的作用机制及吸附强度评价方法，获得抑制润滑剂爬行的关键因素；同时分析界面润滑剂爬移对摩擦性能的影响，在此基础上建立利用外场对润滑剂进行调控补偿的新型润滑方法。本研究将为减缓或抑制空间液体润滑剂的挥发和爬移流失提供新的设计思路。

伴随着我国航天事业的发展，空间润滑这一关乎航天器的基础性技术，其重要性日益凸显。对于空间液体润滑而言，润滑剂的挥发与爬移是导致其损耗的两大重要因素。针对空间液体润滑剂的挥发与爬移问题，本项目提出了以具有零挥发特性的离子液体为基载液，合成离子液体基磁流体。通过摩擦界面的外场将该类磁流体持久的吸附定位于润滑区域，实现介质的无损耗定域润滑。. 研究初期，以传统的石蜡油为对象，开展其在温度梯度作用下的爬移特性及润滑特性研究，实验结果证实，润滑剂的爬移损耗将使界面间的摩擦迅速升高，同时磨损加剧；选择具有不同烷基侧链长度的咪唑类离子液体为润滑剂，探讨其在电场及载流环境中的润滑特性，结果显示，界面电场/载流将改变离子液体的有效粘度，摩擦系数将逐渐增加，该结果为后续离子液体基磁流体的润滑性能分析提供必要的知识储备；随后以该类离子液体为基载液，采用扩展的DLVO理论，分析了离子液体基磁流体沉降稳定性的关键因素；以理论分析结果为指导，采用溴代反应制备相应的表面活性剂，获得了性能稳定、且能够满足实际润滑工况需要的离子液体基磁流体；采用离子液体基磁流体为润滑介质，开展了其在外加磁场、电场及电/磁耦合条件下的润滑特性研究，实验结果表明，相比于纯离子液体，外加磁场能够将磁流体吸附定位于摩擦区域，有效的抑制润滑剂的爬移流失，且随着磁场强度的增加，离子液体基磁流体的润滑效果显著提升，而电流的引入，将使其润滑性能降低，磨损加剧。本项目的研究为避免空间液体润滑剂的挥发和爬移流失提供了新的解决思路。