Tribologische Leistung von IL/(GO

Mar 19, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 14368 (2022) Diesen Artikel zitieren

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In dieser Arbeit untersuchten wir die Auswirkung der Weltraumbestrahlung auf die Schmiereigenschaften von IL/(GO-MWCNT)-Fest-Flüssig-Schmierbeschichtungen. Die Fest-Flüssig-Schmierbeschichtungen bestehen aus ionischen Flüssigkeiten (IL), Graphenoxid (GO) und mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (MWCNT). Bestrahlungsexperimente wurden mit Bodensimulationsgeräten durchgeführt. Atomarer Sauerstoff (AO), ultraviolette (UV), Protonen- (Pr) und Elektronenbestrahlung (El) verändern die Zusammensetzung, Struktur, Morphologie und tribologischen Eigenschaften von Fest-Flüssig-Schmierbeschichtungen. Die experimentellen Ergebnisse zeigen die durch Bestrahlung hervorgerufenen Zusammensetzungsänderungen, einschließlich der Zersetzung von ILs-Schmiermitteln. Die Schädigung des Schmiermaterials war bei Pr-Bestrahlung am schwerwiegendsten und bei UV-Bestrahlung am geringsten.

Aufgrund ihres breiten Spektrums potenzieller Vorteile wurde der Einsatz von Fest-Flüssig-Verbundschmiersystemen1,2,3,4 in der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie in den letzten zwei Jahrzehnten mit Begeisterung gefördert. Das Fest-Flüssigkeit-Verbundschmiersystem besteht aus Basisflüssigkeiten und Nanoadditiven. Basisflüssigkeiten werden hauptsächlich verwendet, um die Reibung zwischen den Oberflächen der beweglichen Teile zu verringern, während die Maschinenausrüstung mit Kühlung, Abdichtung, Korrosion, Rost, Isolierung, Kraftübertragung, Reinigung von Verunreinigungen usw. ausgestattet wird.5. Nanoadditive haben das Potenzial, die Reibung und den Verschleiß beweglicher Teile zu verringern und die Haltbarkeit der Maschine zu erhöhen6,7,8,9.

Zahlreiche Studien haben die Wirkung der Zugabe verschiedener Nanopartikel zu ölbasierten Nanoschmiermitteln untersucht. Niraj Kumar et al. gewesen sein; berichteten, dass die Verschleißschutzeigenschaften von Palmöl durch die Zugabe von α- und β-MnO2-Nanostäben mit Durchmessern von etwa 10–40 nm verbessert werden10. Laut Jatti et al.11 verbessert die Verwendung von CuO als Additiv die Reibungs- und Verschleißeigenschaften von mineralischen Mehrbereichsmotorenölen. Sie berichten, dass der CuO-Nanozusatz Gleitreibung in Rollreibung umwandelt und dadurch den effektiven Reibungskoeffizienten zwischen den Reibflächen verringert. Vlad Bogdan Nist et al.12,13 berichteten, dass WS2-Nanopartikel unter hoher Temperatur und hohem Druck mit dem Stahlsubstrat reagierten und einen schützenden Tribofilm bildeten, wodurch das Eindringen von H in Wälzlager verringert und so eine H-Versprödung verhindert wurde. Es wurde auch berichtet, dass zusammengesetzte Additive einzelne Additive übertreffen14. Arvind Kumar et al.15 untersuchten polymerfunktionalisierte Nanokomposite auf Graphenbasis als Schmierstoffadditive, die aufgrund ihrer nanoskaligen Größe und guten mechanischen und thermischen Eigenschaften herkömmliche Massenmaterialien ersetzen können. Ramón-Raygoza et al.16 berichteten über ein verbessertes tribologisches Verhalten von mehrschichtigem Graphen, das mit Kupfer (MLG-Cu) imprägniert war. Luo et al.17 untersuchten die Schmiereigenschaften von Graphenadditiven mit unterschiedlichem Abblätterungsgrad und lieferten neue Einblicke in den Zusammenhang zwischen der durch Reibung verursachten Nanostrukturentwicklung und den Schmiereigenschaften von Graphen als Schmieradditiv. Dieses Ergebnis bietet ein hervorragendes Potenzial für die strukturelle Gestaltung von Graphen als Schmierstoffadditiv.

In jüngster Zeit hat sich die synergistische Fest-Flüssigkeits-Schmierung auf Basis von diamantähnlichen Kohlenstoffschichten (DLC) aufgrund ihrer extrem geringen Reibung und guten Verschleißfestigkeit in allen Schmierbereichen zu einem attraktiven Schmiersystem entwickelt18,19. Mit Oleylamin und Ölsäure verkappte Nickelnanopartikel (durchschnittlicher Durchmesser 7 nm) wurden dem synergistischen Fest-Flüssigkeit-Schmiersystem DLC/DIOS hinzugefügt20. Bei allen Schmierschemata wurde die Schmierleistung des Systems durch die Zugabe von Ni-Nanopartikeln deutlich verbessert. Der Reibungskoeffizient wird um 10,3–19,1 % reduziert und die Verschleißrate von DLC kann im Zustand der Grenzschmierung um 50 % reduziert werden. Wir haben zuvor DLC/IL/(GO-MWCNT)-Beschichtungen hergestellt, die unter Hochvakuumbedingungen reibungsmindernde Eigenschaften aufwiesen. Die Nanoflüssigkeiten zeigten auch eine verbesserte Verschleißfestigkeit durch die Übertragung von Graphen und mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Separatoren. Ihre synergistische Wirkung verstärkte die IL-GO/MWCNT-Verbundwerkstoffe deutlich. Für die Weltraumumgebung ist Hochvakuum jedoch nur eine der Bedingungen, wie z. B. Weltraumbedingungen, einschließlich hoher und niedriger Temperatur (HT/LT), atomarer Sauerstoff, UV-Bestrahlung, Protonen- und Elektronenstrahlbestrahlung und das Fehlen einer Gravitationskraft Feld21,22. In der Tiefdruckumgebung ist AO eine der schädlichsten und dominantesten neutralen Arten (ungefähr 80 %) in der oberen Atmosphäre von 200 bis 700 km. Es ist bekannt, dass atomarer Sauerstoff eng mit dem Versagen flüssiger Schmierstoffe aufgrund der starken Zersetzung und Verdampfung unter AO-Bestrahlung zusammenhängt23. Es ist wichtig, die Auswirkungen anderer Weltraumbedingungen auf DLC-basierte Fest-Flüssig-Schmierbeschichtungen zu untersuchen.

In dieser Studie untersuchen wir die tribologischen Eigenschaften von IL/(GO-MWCNT)-Beschichtungen vor und nach simulierter Weltraumbestrahlung, einschließlich AO, UV, EL und Pr, um herauszufinden, ob sich die Beschichtungen an die Weltraumumgebung anpassen. Die Verbundmaterialien und Morphologien der verschlissenen Oberflächen wurden systematisch analysiert und zeigten den Reibungs- und Verschleißmechanismus auf.

ILs 1-Butyl-3-methylimidazoliumtetrafluorborat (Reinheit 97 %) wurde vom State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, synthetisiert und bereitgestellt. Pulver aus mehrschichtigem GO wurden von Nanjing XFNANO Materials Tech Co., Ltd. gekauft. MWCNTs wurden wie zuvor beschrieben geschnitten24. Alle anderen Materialien wurden wie erhalten verwendet.

Das optimale Massenverhältnis von GO zu MWCNTs (30:70) und die Gesamtkonzentration (0,075 mg mL−1), die durch den vorherigen Screening-Test erhalten wurden, wurden für die Additive im Test übernommen24,25. In diesem Experiment wurde die IL 1-Butyl-3-methylimidazoliumtetrafluorborat ([BMIM]BF4, Reinheit, 97 %) verwendet. Die Dispersionen und Hybridfilme wurden wie zuvor beschrieben hergestellt25. Vor jedem Reibungstest wurden die ILs, die das Additiv enthielten, 15 Minuten lang beschallt, um die Kohlenstoffnanoröhren und das Graphen gleichmäßig zu verteilen, und 5 μl Nanoflüssigkeiten auf der Stahloberfläche wurden mit einem Mikroinjektor entnommen. ILs mit einem GO:MWCNTs-Massenverhältnis von 30:70 wurden als IL-GO30 abgekürzt. Um die Wiederholbarkeit des Experiments zu überprüfen, wurde jeder Reibungstest mindestens dreimal unter den gleichen Bedingungen durchgeführt.

Experimente mit Pr-, UV-, AO- und EL-Bestrahlung der Hybridfilme wurden in bodengestützten Simulationsanlagen am Lanzhou Institute of Chemical Physics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften durchgeführt. Bei der AO-Bestrahlung betrug die durchschnittliche kinetische Energie etwa 5 eV, was der Energie von AO entspricht, die in einer Weltraumumgebung auf die Oberfläche eines Raumfahrzeugs auftrifft26,27. Der AO-Fluss betrug ungefähr 6 × 1015 Atome cm2 s−1, was mit der Standardmethode des Kapton-Massenverlusts gemessen wurde. Die Expositionszeit von AO wurde auf etwa 120 Minuten eingestellt. Unter Verwendung einer Hg-Xe-Lampe wurde der UV-Bestrahlungstest unter Excimerlicht mit einem Wellenlängenbereich von 115–400 nm in einer Hochvakuumumgebung (4,0 × 10–4 Pa) durchgeführt. Der typische UV-Energiefluss betrug das Sechsfache der Sonnenkonstante. Die Belichtungszeit wurde auf 120 Minuten eingestellt. Die Pr- und El-Bestrahlungen wurden bei einer Beschleunigungsspannung von 25 kV und einem Druck von 4,0 × 10−4 Pa durchgeführt. Die Flüsse von Protonen und Elektronen betrugen ungefähr 6,25 × 1015 bzw. 2,5 × 1014 Ionen cm2 s−1. Die Pr- und El-Bestrahlungszeiten wurden auf ungefähr 10 bzw. 120 Minuten eingestellt, da die Pr- und El-Bestrahlungen eine höhere Energie hatten als die AO- und UV-Bestrahlungen. Die Geschwindigkeit eines Raumfahrzeugs im Weltraum beträgt etwa 7 bis 8 km/s, und diese relative Geschwindigkeit verleiht den Teilchen einen Fluss von etwa 1012–1015 Atomen cm2 s−128,29. Daher lag der Fluss der Pr-, AO- und El-Bestrahlung in unserem Bestrahlungsgerät nahe an dem von AO, das durch Elektronenzyklotronresonanz-Mikrowellenplasmatechnologie erzeugt wurde, und hatte eine mittlere kinetische Energie von 5 eV, was der Energie des auftreffenden AO ähnelt die Oberfläche eines Raumfahrzeugs in einer Weltraumumgebung30. Zusätzlich zur simulierten Weltraumbestrahlung wurden die Proben Reibungs- und Verschleißtests unterzogen.

Alle Reibungstests wurden mit demselben selbstgebauten Rotations-Kugel-auf-Scheibe-Vakuumtribometer im Hochvakuum (10–4 Pa) durchgeführt. Die Reibungskraftauflösung des Tribometers beträgt 1 μN. Als Gegenstücke wurden handelsübliche Stahlkugeln (AISI-52100) mit einem Durchmesser von 3 mm verwendet. Die Stahlkugeln wurden für jeden Test in Aceton mit Ultraschall gereinigt. Gleitexperimente wurden mit einem Normaldruck von 5 N durchgeführt. Jeder Reibungstest dauerte 60 Minuten und der Reibungskoeffizient wurde als Durchschnittswert im stationären Zustand aufgezeichnet. Die experimentellen Parameter der simulierten Weltraumbestrahlungs- und Reibungstests sind in Tabelle 1 dargestellt.

Das Graphen und die MWCNTs wurden mittels hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM, JEM-2010) charakterisiert. Die Verschleißnarbendurchmesser auf den Stahlkugeln wurden mit einem optischen Mikroskop (STM6, Olympus) gemessen. Nach Reibungstests wurden die Verschleißtiefe und die Verschleißspurprofile mit einem berührungslosen dreidimensionalen Oberflächenprofilierer (Modell Micro MAXTM, ADE Phase Shift, Tucson, AZ) bestimmt. Die Scheibenverschleißrate wurde anhand der Verschleißtiefe24 berechnet. Die in diesem Dokument angegebenen Verschleißraten sind die Durchschnittswerte aus den drei wiederholten Tests.

Die Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Nanofluide wurden mittels Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektroskopie (TOF-SIMS, ION TOF-SIMS IV) untersucht. Nach dem Reibungstest wurden die TOF-SIMS-Prüfkörper 10 Minuten lang mit Aceton ultraschallgereinigt25.

Abbildung 1 zeigt das tribologische Weltraumverhalten der Verbundbeschichtungen aus Stahl/ILs und Stahl/IL-GO30, die unter Hochvakuumbedingungen gegen eine Stahlkugel gleiten. Die Schmierstoffe zeigten nach der Bestrahlung ein unterschiedliches Reibungs- und Verschleißverhalten. Wie in Abb. 1a gezeigt, ist der Reibungskoeffizient des Schmiermittels mit Verbundadditiven vor der UV-Bestrahlung niedriger als der der ILs. Zu Beginn des Reibungstests war der Reibungskoeffizient niedrig. Nach 400 s stieg er auf fast 0,08. Durch die Zugabe des Compound-Additivs war die Reibungskoeffizientenkurve sehr glatt. Dieses Ergebnis zeigt, dass das Additiv den Reibungskoeffizienten reduzieren kann. Die Reibungskoeffizienten sowohl von ILs als auch von IL-GO30 waren nach UV-Bestrahlung kleiner als die der Schmierstoffe. Wie in Abb. 1b gezeigt, war der Reibungskoeffizient von IL-GO30 (nach AO-Bestrahlung) etwas größer als der von ILs. Wie in Abb. 1c gezeigt, war die Wirkung der EL-Bestrahlung auf das Schmiermittel unbedeutend. Obwohl der Reibungskoeffizient von IL-GO30 nach El-Bestrahlung etwas größer war als der von ILs, war der Reibungskoeffizient von IL-GO30 stabiler. Wie in Abb. 1d gezeigt, hatte die Pr-Bestrahlung einen erheblichen Einfluss auf die Reibungskoeffizienten von ILs und IL-GO30. Die Reibungskoeffizienten von ILs und IL-GO30 schwankten während des gesamten Reibungsprozesses nach der Pr-Bestrahlung stark. Dies zeigte, dass ILs und IL-GO30 die reibungsmindernden Eigenschaften nicht effektiv verbessern konnten, wenn die Nanoflüssigkeiten unter Pr-Bestrahlung einen Schmierfehler in den Stahl/Stahl-Reibungspaaren erlitten.

Vergleich des tribologischen Verhaltens der Verbundbeschichtungen aus Stahl/ILs, Stahl/IL-GO30, die unter Hochvakuumbedingungen gegen eine Stahlkugel gleiten. ILs und IL-GO30 stellen die Reibungskoeffizienten der Probe vor der Bestrahlung dar. ILs-UV (oder AO, El, Pr) und IL-GO30-UV (oder AO, El, Pr) stellen die Reibungskoeffizienten der Probe nach der Bestrahlung dar.

Die Abbildungen 2 und 3 fassen die Verschleißergebnisse für die Verbundwerkstoffbeschichtungen bei unterschiedlicher Bestrahlung im Vergleich zu denen ohne Bestrahlung zusammen. Insgesamt stieg die Größe der Scheibenverschleißraten für diese Fest-Flüssig-Schmierbeschichtungen in der folgenden Reihenfolge: El < UV < Pr < AO (unter Verwendung von IL-GO30). Wie in Abb. 4 gezeigt, veränderten sich die ILs und IL-GO30 von farblos zu braun und die Viskosität nahm zu. Die Abnutzungsnarben sind zu erkennen. Die entstehenden ILs konnten im Reibungsprozess nicht zu den Verschleißstellen zurückfließen und verloren somit ihre Schmierfunktion. Abbildung 3 zeigt lichtmikroskopische Aufnahmen der Verschleißnarben von Stahlfolien vor und nach der Bestrahlung. Abbildung 3i,j zeigt eine offensichtliche Verschleißspur mit großer Breite und Tiefe, die sich nach dem Verschleißtest auf der Edelstahloberfläche gebildet hat. Auf der Verschleißspur wurden zahlreiche Rillen entlang der Gleitrichtung beobachtet, die auf abrasiven Verschleiß beim Reibungsprozess zurückzuführen sind.

Die entsprechenden Scheibenverschleißraten.

Lichtmikroskopische Aufnahmen der Verschleißnarben von Stahlfolien vor und nach der Bestrahlung.

Fotografisches Bild von Verbundfolien nach Pr-Bestrahlung und Reibungstest.

Zunächst bestrahlen wir die Kohlenstoffnanomaterialien separat mit ultraviolettem Licht; Wir beobachten ihre Morphologie durch TEM. In Abb. 5 können wir sehen, dass die Kohlenstoffnanomaterialien der UV-Strahlung weniger betroffen sind. Ihre Struktur hat sich nicht verändert und sie bleiben lamellar oder röhrenförmig. Dies steht im Einklang mit früheren Literaturberichten27. Berichten in der Fachliteratur zufolge sind Kohlenstoffnanomaterialien weniger von der Weltraumstrahlung betroffen, ihre Struktur hat sich nicht verändert und sie bleiben lamellar oder röhrenförmig. Nanoadditive können den Reibungskoeffizienten und die Verschleißrate unter der Bedingung einer stabilen ionischen Flüssigkeit weiter reduzieren. Wenn sich die ionische Flüssigkeit stark verändert, verliert das Nanoadditiv seine Wirkung. Daher wirkt sich die Weltraumstrahlung in unterschiedlichem Maße hauptsächlich auf ionische Flüssigkeiten aus.

TEM-Aufnahmen der MWCNT- und Graphenschichten nach UV-Bestrahlung

Wir haben die Verschleißnarben mittels TOF-SIMS untersucht, was sich sehr gut für die Oberflächenforschung eignet. Nach früheren Untersuchungen ist die Verringerung des Reibungskoeffizienten hauptsächlich auf Anionen zurückzuführen, die mit der Gleitfläche reagieren oder an dieser adsorbiert werden31. Daher haben wir nur das Zählverhältnis von Anionen und F (Elementen des Anions) innerhalb und außerhalb der Gleitbahn verglichen, wie in Abb. 6 dargestellt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Anionen- und F-Zählverhältnisse innerhalb der Gleitbahn höher waren als diese Außen gemessen, und einige Daten können während des Tests abweichen. Beispielsweise waren bei ILs die Zählverhältnisse innerhalb der Gleitbahn unter EI- und Pr-Bedingungen niedriger als die außerhalb. Bei IL-GO30 war das F-Zählungsverhältnis im Inneren unter AO-Bedingungen ähnlich wie draußen.

Zählverhältnis, erhalten über die TOF-SIMS-Analyse unter Verwendung von ILs und IL-GO30.

Die bildgebende TOF-SIMS lieferte eindeutige Analysedaten für die abgenutzte Oberfläche (Abb. 6). Der analysierte Bereich ist in Abb. 6a markiert. Die Stahloberflächen von ILs und IL-GO30 bestehen aus zwei typischen Bereichen: dem „inneren Bereich“ und dem „äußeren Bereich“. Abbildung 7a–j zeigt chemische Bilder dieser analysierten Bereiche. Der Inhalt der Elemente im chemischen Bild wird durch Kontrast ausgedrückt. Ein heller Bereich weist auf eine hohe Konzentration des fokussierten Elements hin.

TOF-SIMS-Bild einer durch ILs und IL-GO30 geschmierten verschlissenen Oberfläche vor und nach der Bestrahlung; Von links nach rechts: analysierter Bereich, F−, BF4−, FeF2− und FeF3–.

Nach der Pr-Bestrahlung wiesen die Verbundfilmoberflächen große Mengen an BF4 und F auf. Unter den vier Bestrahlungsarten induzierten AO und Pr die deutlichste Zersetzung der ILs und IL-GO30. Die UV-bestrahlte IL zeigte eine geringe Zersetzung, die die Bildung des Tribofilms fördern könnte. Da das F-Anion mit Fe reagierte, das durch Zersetzung des BF4-Anions entstand und Fe-F-Verbindungen erzeugte, stimmt dieses Ergebnis mit früheren experimentellen Ergebnissen überein25,31. Diese Verbindung schützt die Oberfläche der Verschleißnarbe. UV-Bestrahlung erzeugt also mehr F-Anionen und hat mehr Fe-F-Verbindungen. Allerdings wurde die IL weitgehend zersetzt und die Viskosität der Flüssigkeit deutlich erhöht. Bei der Reibung kann kein kontinuierlicher Reibungsfilm gebildet werden; Daher weist der Reibungskoeffizient scheinbare Schwankungen auf.

Den experimentellen Ergebnissen zufolge wurden die ILs durch die simulierte Weltraumbestrahlung beeinträchtigt. Daher wurde die Bestrahlung von ILs ohne Nanozusätze durchgeführt, um den Grad der IL-Zersetzung zu vergleichen. Wie in Abb. 8 gezeigt, zeigten die ILs nach AO-, El- und Pr-Bestrahlung im Vergleich zur UV-Bestrahlung eine deutliche Zersetzung. Zahlreiche CxHy-Cluster und andere Fragmente wurden beobachtet, darunter B+ (m/z = 11. Das Symbol „m/z“ wird als Abkürzung für den Begriff „Masse-zu-Ladungs-Verhältnis“ angesehen), CH3+ (m/z = 15 ), C2H3+ (m/z = 27), C2H5+ (m/z = 29), C3H7+ (m/z = 36), C4H9+ (m/z = 57), C3H7NO+/C4H6F+/C4H9O+ (m/z = 73) , C8H15N2+ (m/z = 139), C– (m/z = 12), O– (m/z = 16), F– (m/z = 19), C2H– (m/z = 25), CN– (m/z = 26) und BF4– (m/z = 87). Nach 10-minütiger Pr-Bestrahlung war die Molekülstruktur der ILs erheblich abgebaut und trocken geworden, wie durch die Ergebnisse der Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) in Tabelle 2 bestätigt. Wie in Tabelle 2 gezeigt, änderte sich die chemische Zusammensetzung des IL-Schmiermittels danach die Bestrahlung, insbesondere der C- und F-Elemente. Die F/C-Verhältnisse wurden verwendet, um die Schwankungen von C und F vor und nach der Bestrahlung zu bestimmen. Die F/C-Verhältnisse des IL-Schmiermittels nahmen nach der Bestrahlung immer ab. Darüber hinaus sind die offensichtlichen Änderungen im F−- und FB-Gehalt in Abb. 9 zu sehen. Abbildung 9 zeigt das XPS-Spektrum von F1s, das jeweils zwei Peaks zeigt. Der bei 685,0 eV erscheinende Peak kann dem Peak von F− zugeschrieben werden, und FB erschien bei 685,6 eV. Nach der Weltraumbestrahlung nimmt F– offensichtlich zu, und die F–/FB-Peakfläche ist in Tabelle 3 dargestellt. Nach UV-, El- und AO-Bestrahlung steigt das F–/FB-Verhältnis, während das F–/FB-Verhältnis bei Protonenbestrahlung gleich ist leicht reduziert. Dies weist darauf hin, dass einige schwache Bindungen, einschließlich des F-Elements im IL-Schmiermittel, während der Bestrahlung aufgebrochen wurden, wodurch sich kleine molekulare Substanzen bildeten und in die Umgebung vergast wurden32. Daher verringerten sich das F/C-Verhältnis und das F–/FB-Verhältnis nach der Bestrahlung, insbesondere nach der Pr-Bestrahlung.

TOF-SIMS-Spektren von ILs nach Bestrahlung.

F 1s-Peak in den XPS-Spektren für ILs vor und nach der Bestrahlung. (a) ILs (keine Bestrahlung), (b) UV-Bestrahlung, (c) El-Bestrahlung, (d) AO-Bestrahlung, (e) Pr-Bestrahlung.

Die oben genannten Ergebnisse legen den Mechanismus nahe, der das tribologische Verhalten der IL/(GO-MWCNT)-Beschichtungen während des Reibungsprozesses bestimmt. ILs waren am stärksten von der Weltraumbestrahlung betroffen, und der Effekt nahm in der folgenden Reihenfolge zu: UV < El < AO < Pr.

Die simulierte Weltraumbestrahlung führte zu einer Verschlechterung der ILs und der Schmierleistung. Wenn sich eine kleine Menge ILs zersetzt, entsteht F- und reagiert mit Stahl, um einen Schutzfilm zu bilden und Reibung und Verschleiß zu reduzieren. Allerdings zersetzten sich viele ILs und wurden viskos. Dadurch konnten die ILs im Reibungsprozess nicht zu den Verschleißstellen zurückfließen und verloren ihre Schmierfunktion. Nanoadditive reduzieren die Reibung und den Verschleiß in Gegenwart flüssiger Schmierstoffe. Aufgrund der starken Zersetzung der IL waren die Zusätze jedoch wirkungslos. Abbildung 10 zeigt schematisch die Mechanismen der Verbundbeschichtungen nach der simulierten Weltraumbestrahlung.

Schematische Darstellung der möglichen Reibungs- und Verschleißmechanismen für die Verbundbeschichtungen nach der simulierten Weltraumbestrahlung.

Der Einfluss der Weltraumbestrahlung auf die Schmierleistung von IL/(GO-MWCNT)-Beschichtungen wurde untersucht. Die Auswirkungen von UV-, El-, AO- und Pr-Bestrahlung auf die tribologischen und strukturellen Eigenschaften von ILs wurden im Detail untersucht. Dieser Verbundfilm kann partieller räumlicher Strahlung wie UV- und EL-Strahlung wirksam widerstehen, was zu einer stärkeren F–-Bildung auf der Stahloberfläche führt. Diese Anionen reagierten mit der Gleitfläche oder wurden darauf adsorbiert, was den Reibungskoeffizienten und die Verschleißrate verringerte. AO- und Pr-Bestrahlung führten zu einem stärkeren Abbau von ILs als UV- und El-Bestrahlung, wodurch die IL/(GO-MWCNT)-Beschichtungen während der Reibung unwirksam wurden. ILs waren am stärksten von der Weltraumstrahlung betroffen. Um diese Strahlungen zu bekämpfen, ist die Suche nach neuen ionischen Flüssigkeiten mit Kohlenstoff-Nanomaterialien von entscheidender Bedeutung.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Diese Arbeit wurde durch ein Talenteinführungsprojekt für die Sichuan University of Science & Engineering (Nr. 2015RC39) unterstützt. Eröffnungsprojekt des Schlüssellabors für zerstörungsfreie Brückenerkennung und technische Berechnung der Universität Sichuan (Nr. 2021QYJ01, 2021QYJ02).

College of Civil Engineering, Sichuan University of Science & Engineering, Zigong, Sichuan, 643000, Volksrepublik China

Lili Zhang & Ahad Amini Pishro

Bauingenieurprogramm, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Universität Malaysia Sabah, 88400, Kota Kinabalu, Sabah, Malaysia

Zhengrui Zhang & Siti Jahara Matlan

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LZ und ZZ schrieben den Haupttext des Manuskripts und AAP bereitete die Abbildungen vor. Alle Autoren überprüften das Manuskript und SJM überarbeitete die endgültige Vision des Manuskripts.

Korrespondenz mit Zhengrui Zhang.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Zhang, L., Zhang, Z., Amini Pishro, A. et al. Tribologische Leistung von IL/(GO-MWCNT)-Beschichtungen in Hochvakuum- und Bestrahlungsumgebungen. Sci Rep 12, 14368 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-15914-z

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Eingegangen: 14. Januar 2022

Angenommen: 30. Juni 2022

Veröffentlicht: 23. August 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-15914-z

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