单宁酸作为水基润滑添加剂在模拟海水环境下摩擦学特性的研究

单宁酸作为水基润滑添加剂在模拟海水环境下摩擦学特性

的研究

陈 启1，郑少梅1*，王 越2，万 勇1

【摘 要】摘 要：通过3.5%NaCl溶液作为模拟海水，以单宁酸作为水基润滑添加剂，利用立式万能摩擦磨损试验机评价模拟海水环境下不同浓度的单宁酸作为水机润滑添加剂在不锈钢/Si3N4摩擦副中摩擦学性能，同时考察不同载荷、转速下的润滑效果。采用电化学工作站测试在该环境下不同浓度单宁酸的抗腐蚀性能。并采用接触角测定仪表征单宁酸在不锈钢基体的吸附特性。结果表明：在模拟海水环境下，1 g·L-1的单宁酸可以起到良好的减摩润滑效果，在高载荷和转速下依然保持良好润滑性能，但当溶液中单宁酸含量达到5 g·L-1时，会加速不锈钢的腐蚀，导致磨损量增大。

【期刊名称】青岛科技大学学报（自然科学版） 【年(卷),期】2018(039)004 【总页数】7

【关键词】水基润滑； 模拟海水环境； 单宁酸； 摩擦学性能； 转换膜 引用格式：陈启，郑少梅，王越,等. 单宁酸作为水基润滑添加剂在模拟海水环境下摩擦学特性的研究[J]. 青岛科技大学学报(自然科学版)，2018，39(4)：105-111.

CHEN Qi,ZHENG Shaomei,WANG Yue，et al. Study on tribological performance of tannin acid water based lubricant additive in simulated seawater environment[J]. Journal of Qingdao University of Science and Technology(Natural Science Edition),2018,39(4)：105-111.

基金项目：国家自然科学基金项目(51375249)；山东省重点研发计划项目(2017GSF220012).

由于润滑油的泄漏和燃烧对环境造成的污染越来越严重，采用水基润滑代替油润滑成为摩擦学研究的重要方向之一。众所周知，水基润滑由于污染小、成本低、阻燃、导热、取材方便和具有良好的冷却性能[1-7]，已被广泛用于各种领域[4，8]。但由于水沸点低、粘度差、成膜性能弱、易对金属造成腐蚀等缺点，在很大程度上限制了其使用范围[2,4,8]。水基润滑基本处于边界润滑状态，很难建立有效的流体润滑膜，所以只有通过在水中添加添加剂在摩擦副表面形成边界润滑膜才能够起到减磨作用，因此在水中添加各种添加剂来改善水的润滑性能成为研究的重点[9-11]。近年来，科研工作者针对某些新型材料在水基润滑下的润滑特性展开了大量研究，主要包括纳米材料、含氮杂环类、高分子聚合物、离子液体以及其他水基润滑添加剂[12-20]。

海洋资源的开发和利用不仅对机械领域材料的使用提出了苛刻的要求，而且在海洋环境下的摩擦磨损也是制约海洋材料的使用和海洋设备发展的关键性问题。目前，绝大多数海洋开发机械设备都采用油进行密封和润滑，比如以油为介质的密封式液压传动系统等，这样不仅浪费资源、易燃易爆，而且存在泄漏，污染环境等问题，在很多场合甚至无法使用。而直接以海水为介质的开放性润滑与密封系统，不仅节约资源，对环境污染小，而且即安全又可靠，因此在海洋环境的开发和利用中具有突出的优越性，亦被认为未来海洋开发的关键技术之一[21]。

单宁酸又名鞣酸，是一类复杂的高分子多元酚类化合物[22]，无臭，味涩，易溶于水和乙醇，分布广泛，生产方法简单，对环境污染小，主要应用于医药、

食品、化妆品、制革、冶金、印染等[23]。目前关于单宁酸的研究主要集中于防腐蚀领域[24-25]，对于其作为水溶性添加剂改善水特别是在海水环境下的摩擦磨损性能的研究鲜见文献报道。本文研究了单宁酸作为润滑添加剂在海水环境下摩擦学特性的研究，并对作用机制进行了探讨。

1 实验部分

1.1 实验材料

实验采用普通304不锈钢(38 mm×38 mm×1 mm)，依次采用04#、06#、10#砂纸进行打磨去除表面氧化层，然后在依次使用丙酮、石油醚、酒精、去离子水进行超声清洗10 min，去除不锈钢表面残余杂质。

模拟海水为实验室自制3.5%NaCl溶液，NaCl系分析纯试剂，来自于国药集团化学试剂公司。

单宁酸(C76H52O46)系分析纯试剂，来自于国药集团化学试剂公司。为了讨论方便，使用的m+NaCl表示在1 L的3.5%NaCl溶液中添加了m单宁酸，如0.5 g+NaCl表示在1 L的3.5%NaCl溶液中添加了0.5 g单宁酸。 1.2 性能表征

水基润滑剂的摩擦学性能的评价采用济南试金集团生产的立式万能摩擦磨损试验机，采用球盘接触形式，上试球采用直径9.525 mm Si3N4陶瓷球。实验是在室温，相对湿度为73%条件下进行，实验数据由机器自带计算机实时记录。 采用日本三丰(Mitutoyo)公司生产的便携式粗糙度仪测试试验结束后不锈钢基体表面轮廓，并通过磨损量计算公式计算磨损体积。

采用日本OLYMPUS公司生产型号BX51M光学显微镜表征实验结束后的不锈钢表面粗糙形貌和磨痕形貌。