一種複合固體潤滑材料及製備方法和應用的製作方法
2023-12-05 16:05:46 2
專利名稱：一種複合固體潤滑材料及製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械行業潤滑減磨技術領域，尤其涉及一種具有納米結構的複合固體潤滑材料；同時還涉及該複合固體潤滑材料的製備方法；另外還涉及該複合固體潤滑材料的應用。
背景技術：
摩擦磨損是機械設備、航天航空等有相對運動或相對運動趨勢的物體間普遍存在的自然現象，據初步統計，我國每年因磨損造成的損失約佔國民生產總值的1%，因此，如何解決減磨潤滑、延長機械部件的使用壽命、降低生產成本，是目前及將來相當長一段時間亟需解決的問題。目前，解決機械部件間的減磨潤滑，概括起來有三種途徑，一是選擇使用自身硬·度、強度高、耐磨性好的結構材料；二是在通用結構材料表面通過熱噴塗、電沉積、化學沉積、雷射熔覆等各種表面處理工藝，在基體表面沉積一層硬度高或摩擦係數小或二者兼具的複合塗鍍層；另一種途徑是在摩擦面間塗覆各種形式的潤滑劑，形成極薄的潤滑膜，起到減磨潤滑作用。第一種方法，由於結構材料的整體性能需要提高，而且結構材料用量大，造成機械設備成本大幅度提高。表面處理是公認的最節約材料、最節省能源的方法，通過薄膜塗鍍層可提高設備的整體性能，但考慮到磨合面加工精度要求，施工相對複雜。潤滑材料是界面間減磨潤滑的最簡單方法，具有成本低、施工方便等突出優點，是機械設備不可缺少的材料。根據潤滑材料的狀態和特點，潤滑材料可分為氣體潤滑劑、流體(油)、潤滑脂(半固態)、固體潤滑材料等。液態、半固態潤滑是傳統的潤滑方式，也是最常用的潤滑方式，主要應用於常低溫，高溫時，流動性增強，導致承載能力下降、潤滑性能減弱，甚至失去潤滑作用，而且可能由於流動滲出而造成環境汙染；低溫下，黏度增大，減磨效果降低；真空狀態下，更難以使用。因此，傳統的潤滑材料難以滿足特殊環境下抗磨、減磨的要求。對於高溫、真空、高速、重載、幹摩擦等的零部件，必須採用固體潤滑材料。固體潤滑材料主要依靠材料本身或其轉移膜的低剪切特性而起到抗磨、減摩作用，包括金屬(基)潤滑材料、無機非金屬(基)潤滑材料和高分子(基)潤滑材料以及組合而成的複合固體潤滑材料。複合固體潤滑材料綜合了各種潤滑材料的優勢，利用組分之間的協同作用，表現出一些優異的性能，在固體潤滑材料中最具潛力和應用前景。但目前看，複合固體潤滑材料存在成分複雜、環保性差、各組元間功能難以協同等不足，需要不斷研究探索。納米結構材料，由於其小尺寸效應，顯示出獨特的抗磨潤滑效果，如何發揮納米材料的優勢，也是複合固體潤滑材料需要重點探討的內容。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種充分利用物料間的協同作用和納米結構材料的特點，選擇環境友好型潤滑材料，形成適合於在高溫、高溼、高載環境下使用、成分簡單、具有突出減磨潤滑效果的複合固體潤滑材料；目的之二是提供該複合固體潤滑材料的製備方法；目的之三是提供該複合固體潤滑材料的用途。本發明的目的之一可通過如下技術措施來實現
該固體潤滑材料由如下重量份配比的原料組成
熱塑性聚醯亞胺(PI) 10-25WS2納米粉體3-5
納米a - Al2O3粉體5-8石墨微粉10-15
雲母微粉20-30矽烷偶聯劑O. 1-0. 5。本發明的目的之一還可通過如下技術措施來實現
所述的WS2納米粉體為30-200nm，所述的納米a - Al2O3粉體為30_300nm，所述的石墨微粉為3-10 μ m。本發明的目的之二可通過如下技術措施來實現
採用目的之一所述的原料製備複合固體潤滑材料的方法，該方法按如下步驟進行
a.取WS2納米粉體、納米a- Al2O3粉體、石墨微粉、雲母微粉和矽烷偶聯劑混合，放入球磨罐中，加入適量的研磨球，在球磨機上球磨20-23小時，得球磨改性後的粉體；
b.取a步驟經球磨改性後的粉體加入到重量濃度為30-50%的熱塑性聚醯亞胺乳液中混合，砂磨5-6小時，得產品。本發明的目的之三可通過如下技術措施來實現
本發明製備的複合固體潤滑材料應用於刷塗、噴塗或浸塗於機械設備或其零部件的表面。聚醯亞胺(PI)自身具有穩定的芳雜環結構，具有良好的機械性能，拉伸強度可達200Mpa ;耐熱、耐輻射性好，在高溫、高真空及輻照下性能穩定；在與金屬幹摩擦時，可向對偶面發生轉移，起到自潤滑作用，且靜摩擦因數與動摩擦因數接近，防止爬行的能力好 』聚醯亞胺防腐、抗紫外光老化、抗氧化能力強，可長時間在戶外使用，尤其適合於在戶外、沿海潮溼環境中使用的機械設備。因此聚醯亞胺綜合性能優異。本發明中利用聚醯亞胺的上述優異性能，並起到膠黏劑的作用，在摩擦面間形成穩定的連續相，減少各類粉體消耗，延長潤滑材料的使用周期。a -Al2O3具有高硬度，在固體潤滑膜層屬於彌散相，均勻分散於潤滑膜層中，起到支撐作用。其最佳用量為5%-8%，粒度範圍控制在30-300nm。WS2和石墨都具有層狀結構，層與層之間的滑移能產生良好的自潤滑效果。WS2可以用於通常潤滑條件，也可用於一定的高溫、低溫、高負荷、高真空、有幅射線以及有腐蝕性介質等的苛刻工作環境中，是一類性能良好的固體減磨潤滑材料。本發明選用30-200nmWS2納米粉體，用量為3%-5%，在充分發揮WS2粉體特性的同時，利用其納米效應，增強其使用效果O石墨是一類傳統潤滑材料，摩擦因數是隨溫度上升而下降，但它可吸附水氣而使層間易於滑動，所以在潮溼介質中的摩擦磨損性能優於乾燥環境。矽烷偶聯劑是一類低表面張力的有機矽化合物，本發明主要是利用其表面活性，對雲母微粉進行表面改性，提高雲母微粉等粉體與聚醯亞胺等連續相的潤溼程度。其用量為 O. 1-0. 5%O
雲母微粉自身具有層狀結構，有一定減磨潤滑作用。本發明主要利用其作為填充齊U，降低成本。本發明的固體潤滑材料施工時，可採用刷塗、噴塗或浸塗等方法，施工於工件磨合面之間，自然固化或低溫固化後使用。對所得潤滑膜層，按照國家標準GB/T3142-1982和GB/T12583-1998，利用四球摩擦試驗機，在22°C、相對溼度26%、載荷392N、轉速1200r/min、磨損60min，測得平均摩擦直徑(WSD) O. 54mm，最大無卡咬負荷(PB) 784N，燒結負荷(PD) 7845N，潤滑膜層摩擦係數
O.095 ;在鋼鐵基體上附著力達到1-2級(劃圈法)，在-60-350°C下長時間使用；該材料在減磨潤滑的基礎上，還對基體具有良好的保護作用，厚度20-30um的潤滑層，中性鹽霧試驗可達到200h以上，尤其適合於沿海地區機械設備使用。本發明製備的固體潤滑材料是具有納米結構的複合固體潤滑材料，其原料組成、 製備方法，以及施工均很簡單，在高溫、高溼、高載、有氧環境下具有優異的減摩潤滑效果，提高機械設備的使用壽命，降低生產成本，節約資源。
具體實施例方式 實施例I:
該複合固體潤滑材料的製備方法按如下步驟進行
a.取30nmWS2納米粉體5重量份、30nm納米a - Al2O3粉體5重量份、IOym石墨微粉10重量份、雲母微粉30重量份和矽烷偶聯劑O. I重量份混合，放入球磨罐中，加入適量的研磨球，在球磨機上球磨23小時，得球磨改性後的粉體；
b.取熱塑性聚醯亞胺25重量份，製成熱塑性聚醯亞胺(PI)重量濃度為30%的熱塑性聚醯亞胺乳液，將a步驟經球磨改性後的粉體加入到熱塑性聚醯亞胺乳液中混合，砂磨6小時，得產品。將製備的複合固體潤滑材料應用於刷塗機械設備或其零部件的表面。實施例2
該複合固體潤滑材料的製備方法按如下步驟進行
a.取200nmWS2納米粉體3重量份、300nm納米a - Al2O3粉體8重量份、3m石墨微粉15重量份、雲母微粉20重量份和矽烷偶聯劑O. 5重量份混合，放入球磨罐中，加入適量的研磨球，在球磨機上球磨20小時，得球磨改性後的粉體；
b.取熱塑性聚醯亞胺10重量份，製成熱塑性聚醯亞胺(PI)重量濃度為50%的熱塑性聚醯亞胺乳液，將a步驟經球磨改性後的粉體加入到熱塑性聚醯亞胺乳液中混合，砂磨5小時，得產品。將製備的複合固體潤滑材料應用於噴塗機械設備或其零部件的表面。實施例3
該複合固體潤滑材料的製備方法按如下步驟進行
a.取IlOnmWS2納米粉體34重量份、I IOnm納米a - Al2O3粉體6重量份、7 μ m石墨微粉12重量份、雲母微粉25重量份和矽烷偶聯劑O. 3重量份混合，放入球磨罐中，加入適量的研磨球，在球磨機上球磨21小時，得球磨改性後的粉體；
b.取熱塑性聚醯亞胺17重量份，製成熱塑性聚醯亞胺(PI)重量濃度為40%的熱塑性聚醯亞胺乳液，將a步驟經球磨改性後的粉體加入到熱塑性聚醯亞胺乳液中混合，砂磨5. 5小時，得產品。 將製備的複合固體潤滑材料應用於浸塗於機械設備或其零部件的表面。
權利要求
1.一種複合固體潤滑材料，其特徵在於該固體潤滑材料由如下重量份配比的原料組成 熱塑性聚醯亞胺10-25WS2納米粉體3-5 納米a - Al2O3粉體5-8石墨微粉10-15 雲母微粉20-30矽烷偶聯劑O. 1-0. 5。
2.根據權利要求I所述的一種複合固體潤滑材料，其特徵在於所述的WS2納米粉體為30-200nm，所述的納米a - Al2O3粉體為30_300nm，所述的石墨微粉為3-10 μ m。
3.一種用權利要求I所述的原料製備複合固體潤滑材料的方法，其特徵在於該方法按如下步驟進行 a.取WS2納米粉體、納米a- Al2O3粉體、石墨微粉、雲母微粉和矽烷偶聯劑混合，然後球磨20-23小時，得球磨改性後的粉體； b.取a步驟經球磨改性後的粉體加入到重量濃度為30-50%的熱塑性聚醯亞胺乳液中混合，砂磨5-6小時，得產品。
4.權利要求3製備的複合固體潤滑材料應用於刷塗、噴塗或浸塗於機械設備或其零部件的表面。
全文摘要
本發明提供一種複合固體潤滑材料及製備方法和應用，屬於機械行業潤滑減磨技術領域。該固體潤滑材料由如下重量份配比的原料組成熱塑性聚醯亞胺10-25、WS2納米粉體 3-5、納米α-Al2O3粉體 5-8、石墨微粉 10-15、雲母微粉20-30、矽烷偶聯劑0.1-0.5。該方法按如下步驟進行a.取WS2納米粉體、納米α-Al2O3粉體、石墨微粉、雲母微粉和矽烷偶聯劑混合，然後球磨20-23小時，得球磨改性後的粉體；b.取a步驟經球磨改性後的粉體加入到重量濃度為30-50%的熱塑性聚醯亞胺乳液中混合，砂磨5-6小時，得產品。該產品應用於刷塗、噴塗、浸塗於機械設備的表面。
文檔編號C10N30/06GK102942983SQ20121047948
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月23日 優先權日2012年11月23日
發明者韓勇, 馮立明 申請人:韓勇