有机二硫化物润滑添加剂抗磨极压性能的密度泛函理论研究.pdfVIP

维普资讯 23卷 9期 结 构 化 学 (JIEGOUHUAXUE) Vo1．23， No．9 2Oo4．9 Chinese J． Struct． Chem． l044～l050 有机二硫化物润滑添加剂抗磨极压 性能的密度泛函理论研究① 李新芳 王学业 ② 文小红 龙清平 刘万强 谭援强a 李建军 。(湘潭大学化学学院，湖南，湘潭411105) (江苏出入境检验检疫局，南京，210005) 用量子化学的密度泛函理论计算了l2种有机二硫化物和铁原子簇的分子轨道指数及其与 铁原子簇的化学吸附作用能，探讨了这种作用能与抗磨性能的关系：运用轨道能量近似原则 讨论 了有机二硫化物与铁原子的作用方式；以前线电子密度、超离域性指数和原子净电荷作为 判据分析了l2种有机二硫化物与铁原子间键合的强弱、反应性的大小等表征有机二硫化物与 金属作用强弱的参数。结果表明：有机二硫化物与铁接触时，在较缓和条件下，s—s键优先断 裂与金属发生化学吸附形成配位键，起到抗磨作用；在高负荷下，与金属发生常规条件下不能 发生的化学反应，即c-S键断裂生成无机膜，起到极压作用；且随着碳链的增长，有机二硫化 物的抗磨性能愈来愈好，但极压性能愈来愈差：运用量子化学计算得到的预测结果与摩擦学 试验结果具有良好的一致性，可为同类极压添加剂化合物的分子设计提供较为可靠的参考依 据和理论方法 。 关键词：有机二硫化物添加剂，化学吸附，作用能，分子轨道指数，密度泛函理论 有机二硫化物极压添加剂是一类重要的润滑 本工作是用密度泛函理论计算研究有机二硫 油添加剂，耐负荷能力大，腐蚀性小，具有优越的 化物与铁原子簇的分子轨道指数及其与铁原子簇 高温极压性能 。它广泛用于润滑油极压抗磨，金 的化学吸附作用能，探讨了有机二硫化物的抗磨 属加工极压润滑等领域 。目前，关于这类化合物的 极压性能的关系，为设计性能更好的新型有机二 实验研究有许多报道[1】．理论研究相对较少。用 硫化物极压添加剂提供有用的信息和理论方法[2¨． 量子化学计算有机二硫化物，研究其分子结构与 我们考虑了如下 I2种代表性化合物：l一二甲基二 抗磨极压性能的关系尚未见报道。近年来许多学 硫化物，2一二乙基二硫化物，3一二正丙基二硫化物， 者对润滑添加剂的结构一性能关系和在金属表面 4一二正丁基二硫化物，5一二正戊基二硫化物，6一二 的作用机理进行了研究，提出了各种研究方 正己基二硫化物，7一二正庚基二硫化物，8一二正辛 法8【州。董浚修等从摩擦化学角度讨论了固体表 基二硫化物，9一二正壬基二硫化物，lO一二正癸基二 面特性对摩擦学性能的影响8【：谭援强等用分子 硫化物，I1．二正十一烷基二硫化物，I2一二正十二 轨道指数讨论了羧基 、羟基和甲酯基等极性基团 烷基二硫化物。 与铝的相互作用，并解释了醇酯的协同减摩效 应[9：Cholakov等用计算机模拟方法对润滑添加 1计算模型和方法 剂结构与性能的定量关系进行了估计和预报[131； Beltzer从理论和实验两方面讨论了润滑添III1分 I．1吸附模型与计算方法 子结构对其减磨性能的影响以及影响碳链间色散 根据化学吸附成膜理论，有机二硫化物润滑 力作用的因素[1。因此，随着量子化学的应用 日 添加剂分子与金属发生化学吸附并在金属表面形 趋广泛[17锄】，深入研究润滑添加剂的结构一性能关 成致密的油膜(图 1)，以防止两摩擦表面的直接接 系具有非常重要的理论和实用意义。 触，降低了摩擦，起到了抗磨作用。从微观的分子 2Oo4-o1—o5收到：2004-05．13接受 ① 国家自然科学基金(No、湖南省自然科学基金(No．0