CN100357412C - 钛酸钾晶须增强型固体润滑剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合型粘结固体润滑剂，适用于零部件的跑合、无油润滑，高/低温等场合。其由固体润滑剂，有机粘结剂，稀释剂，增强剂，抗氧化剂组成的，其中固体润滑剂含量为6—30%，由石墨和MoS₂以1∶1的比例复合而成，有机粘接剂和稀释剂的含量为45—90%，增强剂钛酸钾晶须的含量为1—20%，抗氧化剂为2—5%。钛酸钾晶须作为添加剂提高了材料的强度和耐热性，增强了固体润滑膜与基体间的附着力，使其抗剪切强度提高0.5—3倍，在固体润滑膜内部起到类似于混凝土结构中的钢筋的作用，增强了固体润滑膜和基体的结合强度，从而使其耐磨寿命大幅提高；并且使用温度范围提高到500℃。

Description

钛酸钾晶须增强型固体润滑剂

技术领域

本发明涉及一种复合型粘结固体润滑剂，特指一种钛酸钾晶须增强型固体润滑剂，适用于零部件的跑合、无油润滑，高/低温等场合。

背景技术

石墨、MoS₂等材料由于其独特的层状晶体结构而可以保持很低的摩擦系数。以往的研究侧重于用单一种固体润滑材料来形成固体润滑膜以实现固体润滑，而实际的工况是很复杂的，单一的固体润滑剂往往难以满足其对温度使用范围、载荷和摩擦学性能等的需要。对于固体润滑剂来说，其中最重要的性能是易剪切性和附着性，前者保证了低摩擦，后者保证了长久的使用寿命。不管多么低的摩擦系数，如果固体润滑膜不能牢固的附着在对磨表面，该固体润滑剂就没有使用价值。因此不仅固体润滑剂本身，增强固体润滑剂和基体附着强度的添加剂，提高其抗氧化变质的添加剂等都会对固体润滑膜的性能起协调作用。以前的研究显示，在固体润滑膜中加入石棉纤维，可以提高其耐磨寿命，但石棉纤维对环境有害，因此需要寻找更合适的添加材料。

微纳米钛酸钾晶须是一种新发现的易制备的纤维材料，具有优良的力学性能，优异的化学稳定性、耐磨性和润滑性，其强度和耐热性能远超过常用的玻璃纤维，石棉纤维，碳纤维，凯夫拉纤维等，而价格仅为碳纤维的1/10-1/100。此外其尺寸细微，分散性好，是一种很好的添加材料。

目前国内外关于钛酸钾晶须与固体润滑剂复合使用的文章和专利较少，而关于利用钛酸钾晶须与石墨+MoS₂的协同作用的来提高固体润滑剂性能的报道还未发现。

发明内容

本发明的目的是为了提高固体润滑剂使用范围，改善石棉等添加剂对环境的副作用，将石墨，MoS₂按一定比例配合使其产生协同作用，提供一种钛酸钾晶须增强型固体润滑剂，达到比单一润滑剂更好的效果。

所述钛酸钾晶须增强型固体润滑剂是由固体润滑剂，有机粘结剂，稀释剂，增强剂，抗氧化剂组成的，其特征是采用钛酸钾晶须作增强剂，其中固体润滑剂由石墨和MoS₂以1∶1的比例复合而成，固体润滑剂的含量为6-30％，有机粘接剂和稀释剂的含量为45-90％，钛酸钾晶须的含量为1-20％，抗氧化剂为2-5％。

选用甲苯或甲酮作为稀释剂，Sb₂O₃或PbO作抗氧化剂，有机粘结剂根据需要可选用：酚醛树脂或聚氨脂。

制备上述钛酸钾晶须增强型固体润滑剂的具体步骤是：将石墨+MoS₂以1∶1的比例复合，同时加入1～20％的钛酸钾晶须于有机粘结剂中，再加入适量的稀释剂、抗氧化剂搅拌均匀，倒入喷雾容器中，封装后即制得钛酸钾晶须增强型固体润滑剂。

在涂覆前对试样要进行脱脂和除锈处理，作为固体润滑剂要牢固的附着在摩擦表面首先要求表面非常清洁，脱脂的方法可以用三氯乙烯蒸汽，溶剂清洗来进行脱脂；除锈可以用喷砂，喷蒸汽，砂纸打磨等方法。对于金属底材，可以根据金属的不同而分别采用磷酸盐预处理，铬酸盐预处理，阳极氧化预处理作为固体润滑膜的前处理。然后进行固体润滑膜的喷涂处理，可以是手工喷涂处理，也可以设计自动喷涂装置进行喷涂处理。喷涂处理后把试样放入烤箱中，在80℃下烘干后，摩擦试样表面即可形成K₂Ti₄O₉+石墨+MoS₂固体润滑涂层。

本发明的优点在于：

由于石墨在大气中以及潮湿的环境中润滑性能很好，MoS₂在干燥的氛围和真空下性能好，两种固体润滑剂的协同作用使该种固体润滑膜各项性能明显提高，可在大气和真空条件下使用。而纳米钛酸钾晶须的强度和耐热性能远高于有机粘接剂，钛酸钾晶须作为添加剂能提高材料的强度和耐热性，增强了固体润滑膜与基体间的附着力，使其抗剪切强度提高0.5-3倍，在固体润滑膜内部起到类似于混凝土结构中的钢筋的作用，增强了固体润滑膜和基体的结合强度，从而使其耐磨寿命大幅提高；并且使用温度范围提高到500℃。

该产品几乎适用于各种生产机械上，且广泛地使用都有效果，这种倾向正在越来越大。钛酸钾晶须增强型固体润滑剂可应用于活塞、凸轮、花键水轮机汽缸等机器的初期跑合；可以用于照相机、计算机、汽车零件等的终生润滑；由于附着强度高，可以和润滑油一同使用来加大零件的承载能力；可以在真空，高温/低温等润滑油失效的情况下使用，还可以在不能跑，冒，滴，漏等清洁的环境下使用；由于它的耐高温性，还可以作为压力加工的脱模剂和润滑剂等。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例1本实施例的含量配比是固体润滑剂13％，有机粘接剂和稀释剂70％，钛酸钾晶须15％，抗氧化剂2％，其中固体润滑剂由石墨和MoS₂以1∶1的比例复合而成，有机粘结剂为聚氨脂，稀释剂为甲酮，PbO为抗氧化剂，搅拌均匀，涂覆于摩擦试样表面，在室温下干燥后使用。取同样比例的固体润滑剂单体MoS₂、、、石墨和二者复合物与本实施例对比分析。摩擦试验是在MG-2000高温摩擦试验机上进行，试样形状为环与盘状试样，材料均为18-8不锈钢。试验温度分别为常温和500℃，在盘形试样上涂覆固体润滑膜，试验速度为110m/min，压力为50Mpa。对比分析结果如下：

组成	常温		500℃
					滑动摩擦距离，m	摩擦系数	滑动摩擦距离，m	摩擦系数
	MoS2	8000	0.20	450					0.30
石墨					16000	0.20	500	0.25
	石墨+MoS2	18000	0.15	900					0.18
实施例1					19000	0.13	3000	0.15

可见石墨和MoS₂的协同效应产生了明显的效果，K₂Ti₄O₉+石墨+MoS₂组成的增强型固体润滑剂的耐磨寿命比没有钛酸钾晶须的高2倍。

将上述钛酸钾晶须增强型固体润滑涂覆于刀具的表面，制成涂层刀具来进行车削试验，测量刀具的磨损量。结果发现在使用加钛酸钾的涂层刀具，切削40Cr钢材料时，在切深为1mm，进给量为0.1r/m，切削速度为140-340m/min的范围内有固体润滑膜的刀具比没有固体润滑膜的刀具耐磨寿命提高了0.5-3倍。

实施例2本发明所述的实施例的含量配比是固体润滑剂6％，有机粘接剂和稀释剂90％，钛酸钾晶须2％，抗氧化剂2％，其中固体润滑剂由石墨和MoS₂以1∶1的比例复合而成，有机粘结剂为聚氨脂，选用甲苯为稀释剂，Sb₂O₃为抗氧化剂。在作为冷轧无缝钢管的润滑剂使用时，经试验，提高轧机顶头的使用寿命0.5～2倍。

在BMV系列摆线液压马达中，其定子和转子，壳体(孔)和输出轴，后盖/隔盘和定子分别由QT500-7；20CrMnTi和HT300；30CrMnTi；GCr15/20CrMnTi；QT500-7等材料制成。由于加工和装配的原因经常造成摩擦系数过大和卡死，不能承受大载荷，难以满足国外用户的要求。其原因是由于负载过大，使得润滑油不能在摩擦表面成膜。

将上述实施例2喷涂在液压马达的壳体(孔)、输出轴、定子和转子等零件的摩擦面上，发现液压马达的径向力提高到800kg，并且大大提高马达的使用寿命，降低零件间的磨损，而不用钛酸钾晶须增强型固体润滑剂的马达则不能承受800kg的径向力。

实施例3  本发明所述的实施例的含量配比是固体润滑剂10％，有机粘接剂和稀释剂76％，钛酸钾晶须10％，抗氧化剂4％，其中有机粘结剂为酚醛树脂。在作为粉末冶金压制坯料时使用的脱模剂时，经使用，压出的坯料质量得以明显改善，产品合格率提高一倍以上。

实施例4在作为压铸铝中铸模的润滑剂时，本发明所述的实施例的含量配比是固体润滑剂30％，有机粘接剂和稀释剂50％，钛酸钾晶须15％，抗氧化剂5％，其中有机粘结剂为酚醛树脂，PbO为抗氧化剂。经使用，压铸模粘附明显减少，以前压铸6件铝件要整理一次模具，使用本发明后一次可压12件。

试验结果表明，本发明钛酸钾晶须增强型固体润滑剂具有明显的减摩、耐压作用，同时也证明了它具有很高的附着强度，能够更好的满足实际的需要。

Claims (4)

1.钛酸钾晶须增强型固体润滑剂，由固体润滑剂，有机粘结剂，稀释剂，增强剂，抗氧化剂组成的，其特征是采用钛酸钾晶须为增强剂，其中固体润滑剂为石墨和MoS₂以1∶1的重量百分比例复合而成，组分含量也以重量百分比计算，固体润滑剂的含量为6-30％，有机粘接剂和稀释剂的含量为45-90％，钛酸钾晶须的含量为1-20％，抗氧化剂为2-5％。

2.根据权利要求1所述的钛酸钾晶须增强型固体润滑剂，其特征是选用甲苯或甲酮作为稀释剂，Sb₂O₃或PbO作抗氧化剂。

3.根据权利要求1所述的钛酸钾晶须增强型固体润滑剂，其特征是有机粘结剂根据需要选用：酚醛树脂或聚氨脂。

4.制备权利要求1所述的钛酸钾晶须增强型固体润滑剂的方法，其特征在于：将石墨+MoS₂以1∶1的比例复合，同时加入1～20％的钛酸钾晶须于有机粘结剂中，再加入适量的稀释剂、抗氧化剂搅拌均匀，倒入喷雾容器中，封装后即制得钛酸钾晶须增强型固体润滑剂。