针对离子液体在应用研究过程中存在的局限性，如氧化性，腐蚀性或者相溶性差等问题，以不含氟元素的磷氮离子液体为切入点，将其作为润滑剂和润滑油添加剂，考察了其物理化学性质和摩擦学性能，并探索分析了其润滑作用机理，获得了以下主要研究结果：
1. 合成了四种新型的苯并咪唑基磷酸酯，并利用核磁氢谱进行了结构表征。将其作为聚乙二醇-400的抗磨添加剂，考察它们在钢/钢摩擦副系统中的润滑性能。热重分析结果表明苯并咪唑基磷酸酯添加剂的加入明显提高了基础油PEG的热分解温度。SRV摩擦试验在钢/钢摩擦副的结果表明，添加 2%苯并咪唑基磷酸酯添加剂可以明显降低 PEG 的摩擦系数与磨损量，而且其润滑性能明显优于传统抗磨添加剂TCP。另外，由于分子结构中连接烷基链长度的不同，使得不同混合油样润滑下的磨损量存在如下关系：BP304 < BP104 < BP302 < BP102 < TCP < PEG。此外，摩擦学试验结果证实磷氮两种活性元素在摩擦试验过程中能够产生协同作用。
2. 设计合成了一类阴离子中不含氟元素的磷酸酯胺盐离子液体，并将其分别作为钢/铝、钢/铜及钢/钢摩擦副的润滑剂，考察了其摩擦学性能与润滑机理。不同试验条件下的摩擦试验结果表明，磷酸酯胺盐离子液体的摩擦学性能与润滑剂的分子结构、摩擦副的选择及试验温度等因素有关。通过钢/铝摩擦试验得知润滑剂分子结构中阴离子为有机磷酸酯时，离子液体的润滑性能优于阴离子为无机六氟磷酸盐的离子液体。钢/铜摩擦试验结果表明试验温度的不同使润滑剂与摩擦副之间发生不同的摩擦化学反应，生成了不同的边界保护膜。钢/钢摩擦试验结果表明活性较高的烷基胺盐阳离子可以发挥更加优异的减磨抗磨性能。
3. 将两种烷基胺盐磷酸酯离子液体，BA-DBP和TBA-DBP作为聚α-烯烃(PAO)、酯类油(EO)和离子液体(LP106)三种基础油的抗磨添加剂，探讨了相同黏度条件下润滑油极性的不同对摩擦学性能的影响。试验结果显示基础油的润滑能力随其极性的增加而增强。PAO10和 PAO40之间的对比试验结果说明了高黏度润滑剂可以表现出更好的润滑性能。磨损表面分析检测结果表明不同极性基础油中添加同种添加剂时表现出相同的摩擦机制。
4. 选用性能优异的三种分子结构不同的烷基咪唑磷酸酯离子液体作为润滑剂，采用SRV微动摩擦磨损试验机考察摩擦试验时间对摩擦机制的影响。试验结果表明随着摩擦试验时间的增加，其磨损量并未遵循线性增加的关系，而是在变化过程中均存在着突变点。通过计算润滑剂在不同载荷下试验时的磨损率，可以发现低载荷下的磨损率高于高载荷下的磨损率，而且分子结构中连接烷基链长度最大的OI-DBP的磨损率最低，即其抗磨性能最好。利用SEM检测特定时间点时的磨斑表面形貌，可以清楚的观察到磨损量突变对应着磨斑形貌的改变。因摩擦副之间润滑膜厚度的变化使其表现出不同的磨损方式。通过核磁检测摩擦后的油样，可以发现摩擦过程中阳离子参与了摩擦化学反应，而且摩擦副表面有铁离子的产生，并形成了磷酸铁盐。差热试验和红外光谱检测进一步证实了该试验结果。XPS分析结果说明对于含有同种活性元素磷和氮的不同润滑剂，与同种摩擦副发生摩擦化学反应时，表现出相似的摩擦机制，即摩擦化学反应的类型主要取决于润滑剂分子中含有的活性元素。