CN101535420A - 可磨耗干膜润滑剂和其涂敷方法以及由此制成的物品 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了其上有可磨耗干粉涂层的物品包括具有基体表面，并且该基体表面上具有至少一层液体底层涂料涂层，并且该液体底层涂料表面上涂有至少一层可磨耗干粉涂层的可磨耗涂层物品。各层的顺序也可以颠倒，或者可以加入额外的层。可磨耗干粉涂层由干粉涂层组合物形成，该组合物包括与至少一种填料组合的具有某一固化温度的热固性树脂，其中填料由在树脂的固化温度或低于树脂的固化温度时基本上不熔化的材料形成，由此，可磨耗涂层利用制备涂层的填料产生。还公开了制备用于用可固化成可磨耗涂层的涂料涂布物品的组合物的方法，包括将具有某一固化温度的热固性树脂干粉的无蒸发性载体的混合物熔融混合，以形成成团复合物质，其中填料由在树脂的固化温度或树脂的固化温度以下时基本上不熔化的材料形成，使成团复合物质冷却，以及将冷却的成团复合物质破碎成粉末颗粒，从而形成复合粉末组合物。

Description

可磨耗干膜润滑剂和其涂敷方法以及由此制成的物品
相关申请的交叉参考
本专利申请要求共同待决的于2006年10月30日提交的美国临时专利申请No.60/863,533和共同待决的于2006年6月1日提交的美国专利申请No.10/258,934，以及于2003年12月3日提交的美国临时专利申请No.60/527,193的优先权，其中这些申请均各自引入本文作为参考。
发明背景
I.发明领域
本发明广泛涉及可磨耗涂层和用涂敷方法提供粘着力改善的涂层，可磨耗干膜润滑剂的方法，以及由其制备的物品。
II.相关技术描述
泵，活塞或压缩机的效率取决于内部元件彼此间的相对运动来抽吸液体或压缩气体。为达到这些设备的最高运行效率，需要在活动元件之间无接触的条件下使活动元件之间的渗漏最小化。在一些设备中，提供润滑剂膜以使活动元件间和/或元件与被转移的流体间的摩擦减至最小也是有利的。
当泵首次运行时，泵工作表面上的可磨耗涂层自己研磨成几乎完美啮合的表面。常规的可磨耗涂层由液体材料喷涂或涂抹在工作表面上制成。或者，可以将工作表面浸入液体可磨耗涂层组合物中。液体涂层甚至可以静电涂抹。
然而，这些现有技术的液体组合物具有固有的问题，包括粘着力问题，过量材料的成本，由溶剂的使用引起的环境问题，以及无法再循环和再使用任何在任何喷涂或静电涂敷过程中都必定产生的过喷。浸渍和辊涂可能不产生很大程度的过喷，但其肯定会产生许多毒性溶剂烟雾。
现有技术的方法不是没有它的问题，包括不希望的高生产成本。例如，当使用基于溶剂的制剂时，需要对溶剂进行去除，保留和特殊处理。从涂层中除去溶剂(或挥发性有机化合物)-该步骤在固化过程之前完成-需要额外的热量，时间和处理设备。挥发性有机化合物在处理时需要额外注意操作者和环境的安全与健康。此外，清洁和维护溶剂处理设备通常还必须要有显著的停机时间。除了与处理溶剂有关的问题外，基于溶剂的材料在运输时还引起一些独特的问题和额外的成本。另一个关于涂层厚度的问题是，由于厚涂层会凹陷(sag)和溢流(run)，因此其厚度受到限制。
尽管任何水基系统都是更环保的，但从涂层中将水蒸发和处理仍需要额外的成本和时间，并且仍需要停机时间来清洁和维护设备。此外，不是所有树脂都可以配制在水基系统中，因此能用于水基系统的树脂类型也有限。
喷涂基于液体的制剂的另一个缺点在于不能使任何过喷再循环。为了实现一致的涂布效果，回收的过喷需要非正常量的改质剂(re-formulation)来调节其粘度。
因此，需要改良的可磨耗涂层，制备和粘着涂层的方法，用可磨耗涂层涂布物品的方法以及涂层物品本身。如果改良的涂层易于涂敷，经济有效，节能(energy-wise)，使用相对廉价和简单的设备，并且环保是有利的。如果用于形成可磨耗涂层的组合物可再循环，对减少涂布过程中的损耗是有利的。另一个应了解的优点是涂层的润滑性可以控制成最佳地符合不同的应用。
发明概述
本发明是可磨耗干膜润滑剂和可以可靠地递送可磨耗，耐用，润滑，贮油(oil retaining)和消音的高体积涂层，并且比现有技术成本低的涂敷方法。这对任何具有啮合活动表面，需要磨合后紧密度的公差，间隙小的装置尤其有用。本发明的第一个方面的一种应用包括泵，压缩机，涡轮和活塞组元件。在这方面，固化涂层的特性和厚度在无油膜损坏，摩擦增加，温度更高，磨损或卡住(seizure)风险的条件下减少了间隙。
在本发明中，任何具有啮合表面，彼此有相对运动的元件，如泵，涡轮叶片，活塞，活塞环，环槽脊(land)，甚至汽缸内径(cylinder bore)都可以被涂布，以在其界面提供更好的啮合。在活塞方面的各种常见应用包括但不限于空气压缩机，制冷压缩机，喷涂器，液压泵，液压控制阀，气体和液体管道阀门中的活塞，减震器活塞，制动器活塞，液压缸活塞，内燃机，真空泵活塞等。其它应用包括器具，如冰箱，泵等，以及任何表面上涂有导电底层涂料的非金属元件。
在发动机，泵或压缩机安装和首次运行或磨合后，本发明的涂层由于相对滑动而有轻微磨损，涂层的孔隙率和粗糙度允许涂层在接触应力与涂层材料的强度匹配之前有受控的磨耗。这导致了两啮合表面间的紧密度的公差间隙，因此“溅出的液体”较少。完成包括单元的全热循环的磨合后，接触应力减少至涂层材料有很好的耐久性的水平。界面的长期运行间隙比仅仅用加工来减小间隙所能达到的最小间隙要紧密得多。此外，磨损的表面结构中有集油的坑和裂缝，从而有助于保持活塞往复运动过程中油膜的存在。
本发明的可磨耗干膜润滑剂采用组成和结构机制来实现快速磨合和长期耐久性，尤其是在涂油元件的应用方面。涂层表面的粗糙度和孔隙率使得在高应力区容易磨合运转。所选择的孔隙率应能达到预期的涂层结构和性能，因为发动机的油被捕获和滞留在未被磨耗掉的孔桥壁(ligament wall)内。“储存”在多孔涂层的孔隙中的油实际上在活塞-缸筒的表面提供了润滑剂油膜的即时供给。一旦过盈配合被磨损，接触应力便下降，由于孔隙中剩余的裂缝和裂隙中容纳油，帮助维持了流体动力膜的存在，因此能够得到长期耐久性和改良的啮合与润滑性。如果发生持续缺油，材料可以磨损，从而向界面释放出固体润滑剂。这些润滑机制使得在避免磨损和其它破坏性模式的同时受益于更小间隙的设计成为可能。
本发明的一方面公开了可磨耗干膜润滑剂，其包括液体底层涂料和原初(primary)粉末涂层。液体底层涂料和原初粉末涂层可以用包括体积百分比高至45％的性能增强添加剂的制剂来获得。树脂粘合剂系统构成涂层固体部分剩余的55％或55％以上的体积。对于粉末涂层，适宜的添加剂在树脂粘合剂系统的固化温度或低于树脂粘合剂系统的固化温度时基本上不熔化。
可磨耗干膜润滑剂的树脂系统可以包括其它为涂层增加润滑性和/或影响固化涂层的最终结构的额外材料。这些希望有的额外材料有一些可以分类为润滑剂，蜡，成膜剂，增塑剂和发泡剂。这些材料可以各自或组合使用，以产生各种各样的效果。
根据本发明，可磨耗干膜润滑剂组合物包括由未固化热固性树脂和体积百分比为至少5％的添加剂形成的原初粉末涂层。对添加剂进行选择，以使其在热固性树脂的固化温度或热固性树脂的固化温度以下基本上不溶于溶剂或不熔化。首先，为了有助于原初粉末涂层材料的粘着力，液体底层涂料可以先涂敷于表面，然后再涂布粉末涂层。在液体底层涂料中，将树脂和添加剂掺和进溶剂中，以形成可喷，可刷，可移印，可丝网印刷，或以任何其它常规方法涂布的浆液。在原初粉末涂层中，将添加剂分散在树脂内，磨合后孔桥磨损时，添加剂颗粒便暴露出来。当两个接触面上都有可磨耗涂层，并启动泵时，这些可磨耗表面互相刮擦，形成了十分光滑但有时多孔的表面，该表面不允许在那之后有泄露。
当两个啮合表面之一，如内燃机中的泵，涡轮或活塞上有可磨耗涂层时，表面，如活塞上的涂层，将在最初的循环中磨损至啮合。涂层的存在通过降低磨损的可能性得到的效率和活塞/缸筒耐久性，从而尤其在发动机动力方面提供了益处。可磨耗粉末涂层也可以涂敷在环槽脊和/或活塞环上，以帮助将环与活塞密封，并允许活塞环在环槽内自由运动，以便维持环与缸筒间的良好接触。在环外径上涂布同样有助于发动机或压缩机的磨合和性能。
本发明的另一个方面包括制备本发明的可磨耗干膜润滑剂组合物的方法，包括将聚合物组分，如热固性树脂与体积百分比为至少5％的填料熔融混合，将所得成团复合物冷却，然后将冷却后的成团复合物破碎成细小的粉末颗粒，待之后用作粉末涂层的粉末。该方法生成了适用于本发明的均质粉末颗粒组合物。
本发明的另一个方面是用根据本发明制备的可磨耗涂料，通过将含填料的复合干粉涂层组合物涂敷在活塞组元件上，并固化该干粉组合物来全部或间断地涂敷任何适宜的基体，尤其是活塞组元件，如活塞，活塞环，环槽脊或汽缸内径的方法的实施。静电涂布是优选的涂敷方法。尽管任何适合在基体上涂敷干粉涂层组合物的方法都可以使用，但采用干粉静电涂布法时损耗最小。本发明还包括洗涤，掩蔽和涂布全部或仅部分活塞组元件，如活塞，活塞环和环槽脊的方法和工具，其真正消除了涂敷期间的损耗，并使经济有效的高质量静电涂布方法的自动化成为可能。
结合附图阅读以下说明书，将更好地理解和更容易地认识到本发明的其它优点。尽管本发明通过下文中的具有某些特征的具体实施方案的实施例进行描述，但还必须了解的是，根据实施者的才能不需要进行过度实验的较小的修饰也被包含在本发明的范围和广度内。本发明的其它优点和其它新特征将在下面的说明书中阐述，尤其是，对本领域技术人员而言，本发明的其它优点和其它新特征在审查后是显而易见的，或者可以在实施本发明的过程中学习得到。
因此，本发明可以有许多其它不同实施方案，其细节可以在不偏离本发明的精神的条件下进行各种方面的对本领域技术人员而言显而易见的修饰。因此，其余的说明书应被当作是说明性的而不是限制性的。
附图简述
图1是根据本发明涂有液体底层涂料和干粉的元件的横断面图；
图2是新涂布的可磨耗涂层的详细显微图，其显示出了峰和凹部；以及
图3是同一可磨耗涂层在其与另一具有可磨耗涂层的表面相对运转后的详细显微图，该图显示出涂层高度降低。
发明详述
本发明广泛公开了可磨耗干膜润滑剂，制备可磨耗干膜润滑剂的方法和涂有可磨耗干膜润滑剂的物品。如下文所述，向表面粘着可磨耗干膜润滑剂可包括至少两层涂层的涂覆。本发明的可磨耗干膜润滑剂尤其可用于向装置表面的元件上粘着涂层，在该装置中，元件间以最小间隙互相紧密地相对运动。预期元件，如内燃机或压缩机中的泵，涡轮，活塞或活塞环将产生真正的效用。
也可以配制可磨耗干膜润滑剂来提供自润滑作用。为达到最小间隙和任选的润滑性，将元件用可磨耗干膜润滑剂涂布，随后固化。将可磨耗干膜润滑剂涂覆至使活动元件在装置的最初运行期间可以互相接触的厚度。然后，在装置的最初使用期间，可磨耗干膜润滑剂一直磨损，直至获得运行时几乎为零的间隙。首次磨合后，可磨耗干膜润滑剂保持在适当的位置，以减小间隙，防止表面间的偶然接触和维持表面间的润滑性。
I.可磨耗干膜润滑剂组合物及制备方法
本发明的可磨耗干膜润滑剂通常包括至少两层涂层。第一层是液体底层涂料，第二层是原初干粉涂层。液体底层涂料确保原初干粉涂层与表面有更好的粘着力，增加原初粉末涂层的耐久性，并为被涂布的材料提供额外的保护。涂敷于元件上时，原初干粉涂层被固化，然后通常可磨耗，耐久，润滑，贮油并消音。
液体底层涂料
在其最简单的形式中，底层涂料组合物是含有未固化热固性树脂，如果需要，还连同某些添加剂及溶剂的液体涂层。该未固化热固性树脂可以是树脂系统，其包括树脂聚合物，如果该特定树脂需要硬化剂的话，则还包括硬化剂。硬化剂或任何其它固化引发剂起诱导树脂聚合物在具体温度范围内交联的作用，从而为所得涂层中的聚合物基质提供强度和耐化学性及耐热性。所采用的热固性树脂的类型没有限制。
例如，热固性树脂的类型可以是丙烯酸树脂，聚酯树脂，环氧树脂，烯丙基树脂，三聚氰胺甲醛树脂，酚树脂，聚丁二烯树脂，聚碳酸酯树脂，聚双环戊二烯树脂，聚酰胺树脂，聚酰胺酰亚胺树脂，聚氨酯树脂，硅酮树脂或这些树脂类型的任何组合。可用树脂系统的例子包括环氧树脂，高温环氧树脂，聚酰胺树脂，聚酰胺酰亚胺树脂，硅酮树脂，聚芳砜树脂，聚酯树脂，聚苯硫树脂，其它树脂和这些在泵元件，涡轮叶片，活塞，活塞发动机，活塞驱动泵或压缩机，或任何使用本发明的应用的运行温度时保持一些机械性能的树脂的任何组合。可用树脂包括环氧甲酚甲醛树脂和聚酰胺酰亚胺。树脂的含量按体积计从组合物的35％向上变动。
一些树脂系统需要或者受益于硬化剂，交联剂或催化剂的加入。这些材料促进了热固性树脂的固化反应，并常常改善粉末涂层的强度，耐热性，耐化学性和粘着力。例子包括双氰胺，酚硬化剂，固体胺加合物，胺，芳香胺，甲酚甲醛硬化剂，咪唑硬化剂及其它。其可以按占树脂系统重量的0-25％的量加入到可磨耗粉末涂层中。
本发明的可用催化剂有(改性)胺。(改性)胺的实例包括但不限于烷醇胺，吗啉，哌嗪，取代丙胺，叔胺，亚乙基胺和
Figure A200780040781D00122
聚氧亚烷基胺。
下表1显示了各种胺的详细目录。最优选的硬化剂包括可购自化学药品供应商，如Huntsman International，LLC of Salt Lake City，Utah的固体环氧胺加合物。
表1
Figure A200780040781D00131
添加剂可以用来减少摩擦和磨损，增加粘度，改善粘度指数，抵抗腐蚀和氧化，老化或污染。添加剂的水平和类型的选择应能有效给予减少的摩擦和磨损，增加的粘度，改良的粘度指数，以及对腐蚀和氧化，老化或污染的抵抗力。
添加剂可以选自各种材料，包括但不限于金属，矿物，矿物质，陶瓷，聚合物(包括含氟聚合物)，二氧化硅，二氧化钛，石膏，硅酸盐矿物(如滑石和硅酸铝)，石墨，金刚石，二硫化钼，氟化物，如氟化钙，氟化镁和氟化钡，粘土，松土，木材，灰分，颜料，磁性材料，磷光材料，固化树脂系统，根据本发明制备的固化复合粉末组合物及其混合物。
适用于本发明的粘土的例子包括高岭土，莫来石，蒙脱石和膨润土。适用于本发明的陶瓷的例子包括氮化硼，碳化硼，莫来石，碳化钨，氮化硅和碳化钛。许多添加剂可以购自Atlantic Equipment Engineers，a Division of Micron Metals，Inc.，Bergenfield，New Jersey。其它适宜矿物可以选自莫氏(MOH’)硬度在约0至10之间的矿物，包括具有莫氏硬度的从钾钒铀矿(硬度为0)到金刚石(硬度为10)的矿物。这样的全部矿物都可以购自上述的Atlantic Equipment Engineers或任何其它矿物和矿物质供应商。任何上文列出的填料的组合物也可以形成优点。
底层涂料中的优选添加剂的例子包括固体润滑剂，如石墨，PTFE，聚酰胺，聚酰胺酰亚胺，聚酰亚胺，氮化硼，一氟化碳，二硫化钼，滑石，云母，高岭土，硫化物，硒化物和钼，钨及钛的碲化物，或其任何组合物。还可以为获得耐蚀性而加入其它添加剂，如牺牲金属(sacrificial metal)。优选牺牲金属是其氧化物润滑的金属。
对于一些应用，添加剂的掺和物，如石墨和粘土的掺和物是优选的。尤其适宜的添加剂组合物根据所得添加剂含量包括体积百分比为约20％至约40％的粘土和体积百分比为约60％至约80％的石墨。其它组合物也是合乎需要的。尽管认为优选平均尺寸为约20微米，但石墨可以是破碎成长度为约7微米至约30微米的纤维的形式。
添加剂，如石墨，氟化物，滑石，氮化硼和二硫化钼具有润滑特性，因此使用时为涂层提供了润滑性。
本发明的液体底层涂料材料还可以含有聚合物或聚合物蜡。聚合物蜡的添加使得最终产物更加柔软，更易磨耗，因此需要的添加剂较少。适宜的聚合物包括任何热固性树脂或热塑性聚合物，如聚乙烯，聚丙烯，含氟聚合物，共聚物及其任何组合物。任何不与硬化剂反应的单体，只要其不交联和变硬，都适合用来增加柔软性，从而产生更耐磨耗的涂层。聚合物蜡也可以改善复合粉末在涂敷时的性能。各种聚合物蜡都可以使用，例如，含氟聚合物蜡，聚乙烯蜡和聚丙烯蜡。
此外，还可以包括润滑剂，如碳氢化合物和聚合物，如聚乙烯，聚丙烯，尼龙，聚合物蜡，油和其它列于1999现代塑料百科全书和购买指南(1999 Modern Plastics Encyclopedia and Buyers Guide)，McGraw-Hill Co.，2 Penn Plaza，New York，New York中的润滑剂。其它润滑剂包括硬脂酸金属盐，脂肪酸，脂肪醇，脂肪酸酯，脂肪酰胺和其它列于所述1999现代塑料百科全书和购买指南中的润滑剂。
溶剂是破坏树脂和添加剂的基本特性的溶液。适宜的溶剂通常具有较低的沸点，容易蒸发，或者可以通过蒸馏去除，从而之后留下被溶解的物质。有机溶剂比非有机溶剂更优选。术语有机溶剂是指为有机化合物，并含有碳原子的大多数其它溶剂。溶剂有许多不同种类，其各自与具体产物进行特异反应(功能)。溶剂可以包括但不限于甲基乙基酮(MEK)，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，松节油，二甲苯，矿物精，松节油类物质(turpenoid)，漆稀释剂，变性醇，煤油，汽油，丙酮及其组合物。本发明的可用溶剂有MEK与漆稀释剂的混合物，或NMP。根据底层涂料的涂敷方法，溶剂以占所得底层涂料体积的约1％至95％的水平加入。
本发明的底层涂料具有快速的固化时间和良好的滑动磨损性能。底层涂料可以在400℉快速固化仅0.5min。在330℉固化15min可以获得滑动磨损性能。
底层涂料可以通过在任何适宜设备，如球磨机或高强度混合机中将树脂，硬化剂(如果需要)，添加剂和溶剂混合或磨碎来制得。
尽管上述方法是制备液体底层涂料的一种方法，但底层涂料也可以用其它任何适宜方法，包括将原材料一起湿磨来制备。在此方法中，可以使用磨碎机或球磨机等。在湿磨的情况下，液体溶剂在加工过程中加入到复合粉末组合物中。
实施例
表2显示了根据以下配方制备的底层涂料的两个实施例。所有重量的单位都是千克。
表2
 
成分 实施例1 实施例2
ECN双酚A环氧树脂(ECN1299) 0.87 0
3型环氧树脂(7013) 4.7 0
3.5型环氧树脂母料(7226) 1.01 0
EPN改性7型环氧树脂(7220) 2.56 0
聚酰胺酰亚胺 0 5.11
高岭土 0.87 0.44
石墨 2.59 1.45
固体环氧胺加合物 73.04 0
NMP 0 43
MEK 30 0
漆稀释剂 7.5 0
原初干粉涂层
原初涂层是含有未固化热固性树脂和填料的干粉。术语“干”用来表示没有蒸发性载体，如作为粉末的载体，尤其对粉末涂层的涂敷有用的挥发性有机化合物(VOC)或水。组合物和制备原初涂层的方法在题为“活塞组元件上的可磨耗干粉涂层”，于2006年6月1日进入美国国家阶段的美国专利申请No.10/596,162中公开，其以全文引入本文作为参考。
流化剂，如煅制无定形二氧化硅或氧化铝可以加入到混合物中，以改善涂敷过程中的流化，减少静电喷雾设备的堵塞，并减少储存过程中的团集。其它固体粉末可以在流化或混合步骤之前或之中掺入复合粉末。
涂敷于物品时，可以使用超过一层以上的原初涂层。此外，不同层的原初涂层可以具有不同组合物，如更容易磨耗的柔软的最上层和更耐磨耗的坚硬的最下层。或者，不同组合物可以在任何层中互相组合。这些原初涂层包括粉末底涂层和粉末顶涂层。表3显示了根据以下制剂制备的粉末底涂层和粉末顶涂层的实施例。所有重量都以千克为单位。
表3
 
成分 粉末底涂层 粉末顶涂层
ECN双酚A环氧树脂(ECN1299) 116.32 0
3型环氧树脂(7013) 626.32 0
3.5型环氧树脂母料(7226) 134.21 0
EPN改性7型环氧树脂(7220) 340.00 0
硅酮树脂 0 1320
高岭土 125.26 160
石墨 375.79 520
固体环氧胺加合物 63.28 0
pp 71.58 0
粉末底涂层与粉末顶涂层可以互换，或者混合成一种包括硅酮树脂和固体环氧胺加合物的复合粉末组合物。优选底和顶涂层，或混合干粉，因为其提供了约小于10分钟的较短固化循环时间。也展望了这些材料的组合物。
表4显示了反映无底层涂料的底涂层与顶涂层的粉末掺和物的性能的冲程对浓度的曲线图，其说明了在对涂层的干粉部分的不同冲程下不同浓度的胶凝时间，MEK擦拭和trolly循环。
胶凝时间是与合成热固性树脂的使用有关，从向液体粘合剂系统中引入催化剂一直延伸到凝胶形成的时间间隔。这里，在1％至约28％的浓度之间，胶凝时间发生在40秒。当浓度超过约28％时，胶凝时间急剧减少至约8至约10秒。
这里的溶剂擦拭试验用甲基乙基酮(MEK)作溶剂进行。其最初用途是测得涂层固化的程度。该试验包括用MEK浸透的薄粗棉布(cheesecloth)擦拭烘过的膜的表面，直至发生膜损坏或穿透。这类试验的结果为涂层提供了耐化学性的测量方法。将结果与已知已完全固化的对照的结果相比时，可以对固化度进行很好的定性测定。在这里，MEK擦拭试验显示，涂层在约140冲程时被穿透，这与实施例1的不同浓度一致。
表5显示了另一无底层涂料实施例的冲程对浓度的曲线图，其说明了不同冲程下不同浓度的胶凝时间，MEK擦拭和trolly循环。
Figure A200780040781D00191
当浓度增加时胶凝时间减少，而高浓度时的MEK擦拭试验比低浓度的结果更好。
关于涂布法，可以使用不同的涂敷模式，例如，(a)静电喷涂或静电流化床涂布，(b)将热表面浸入流化床，(c)将粉末分散在蒸发性载体中形成浆液，然后通过喷涂，浸渍，辊轧，丝网印刷或膜转移涂敷浆液，(d)在表面上压制成条或整体的粉末，(e)火焰喷涂，和(f)真空沉积。这些方法多数都可以用来在冷或热的表面上涂敷涂层。关于上述涂敷法(c)，将1999年10月12日转让给BASF COATINGSAG的美国专利No.5,965,213引入本文作为参考，以教导一些用浆液涂布的技术。
使用封闭剂，喷砂或喷丸(shot peening)的任选预处理能改善表面处理。另一磷酸盐洗涤的任选步骤可以在其后完成。其它已知预处理可用于带纹理涂层的粘着，如聚合物粘合剂处理。塑料介质喷砂(blasting)也被证实有用。
II.涂层物品
本发明的工业适用性包括泵，压缩机，活塞发动机，医用设备，器具，涡轮叶片中的元件，非金属元件和任何具有活动部件的设备中的元件的涂层。部件，如活
塞，活塞环和活塞缸筒是典型基体。
液体底层涂料，底涂层与顶涂层可至少有9种不同涂层组合物。这9种不同的可能涂层可以包括仅液体底层涂料，一种液体底层涂料和一种混合粉末涂层，一种液体底层涂料与仅一种底涂层，一种液体底层涂料与仅一种顶涂层，仅一种底涂层，仅一种顶涂层或仅一种混合涂层，或一种液体底层涂料与一种底涂层及一种顶涂层。本发明的涂层不限于仅一层或两层涂层。涂层的不同组合物按照期望分层或混合。本发明的可磨耗干膜润滑剂可以包括两层涂层或任意多层涂层。另外，可以在干粉涂层材料层上涂敷更多的液体底层涂料，以获得一些优点。这允许烧结步骤中存在变化，以提供具有更多益处的不凹陷的涂敷。在多层的任意组合物中，可以采用液体/粉末/液体的顺序，以达到预期的厚度和特性。
也可以在用液体底层涂料或复合干粉组合物涂布之前，将其它表面制剂和封闭剂涂敷于表面。还可以在涂布基体之前进行喷砂，阳极化和其它制备步骤。此外，其它各种粘接方法，包括热喷涂，阳极化，磺化，蚀刻，金属沉积，等离子体气相沉积，等离子体，磷盐转化涂层，基于铬的转化涂层，非离子处理，阴离子处理，阳离子处理，两性离子处理，聚合物处理，封闭剂，溶胶-凝胶和镀敷也都可以使用。
首先看图1，本发明的典型涂层物品的简图在图1中显示，并用数字10表示。图1显示了广义的外表面活塞组元件基体12的部分横截面图，基体12上涂布有第一液体底层涂料涂层13，第一液体底层涂料涂层13上有本发明的固化复合粉末组合物20。固化复合粉末组合物20包括填料22和树脂24。几乎溶解的添加剂的微晶粒14在粉末组合物涂层20中出现。裂隙16阻止了涂层20的任何降解和破裂。涂层20通常具有在基体12的表面展开的山顶26的外观，并且由于涂层材料在烧结时未大量流动而仍然保持着一些被喷上去时的外观。
接下来看图2，其显示了图1中所示的一个峰或凸起体26的细节，其中峰结构的涂层用数字30和32表示，由各个粉末颗粒38通过位于其接触点的树脂组分结合在一起而形成。各粉末颗粒为热固性树脂和填料的均质组合物。填料40显示为遍及各个粉末颗粒自身主体的线条。树脂显示有填料在其中，全部组分都位于基体34上。不管之前有或没有基体预处理过程，第一液体底层涂料涂层33都直接涂敷在基体34上。凹部42显示在峰与峰之间。
图3说明了磨合后的图2的涂层，其中图2的峰30和32已被磨损掉，显示的变平的顶通常用数字50和减小的凹部深度42表示。凹部起到捕获油和在缺油情况下提供润滑剂的作用。尽管峰的剪除暴露了颗粒38的上表面，但各个粉末颗粒38和填充剂颗粒40一起暴露了出来。而且，尽管任选的第二层液体底层涂料涂层可以涂敷在变平的峰50上，但液体底层涂料涂层33直接涂敷在了基体34上。这大大降低了耐磨损性。
本发明的这些方面的可磨耗干膜润滑剂包括许多优点。在结构上，可磨耗干膜润滑剂的磨合事件包括涂层结构中最上面的凸起体的相对容易磨损。这些凸起体可以由均质颗粒的烧结外形，或者如果使用发泡剂的话，通过发泡树脂的孔桥壁形成。凸起体的破裂和磨损向应力区释放了固体润滑剂颗粒，从而保护啮合表面免受磨损。不管是合金或复合组合物，该磨损保护机制都有效，并且在首次启动，冷启动和缺油事件中尤其重要。在孔桥壁暴露的情况下，油被捕获在各个孔室内，随时准备提供进一步的润滑作用。当涂层连续磨损时，凸起体被向下磨损到其更厚的具有更大横截面积和更大负载量的基底。当接触应力不再超过可磨耗干膜润滑剂结构的强度时，磨合即完成。磨合后，涂层的贮油特性和强度使界面处的间隙保持很小，而润滑特性则减少了运动部件的啮合表面间的摩擦。
表6显示了涂层厚度对循环次数的图，说明了不同可磨耗干膜润滑剂组合物在数千次循环后的厚度的改变。
Figure A200780040781D00221
将润滑剂涂布在铝板上，铝板在300℉，586 PSI(4.40Mpa)下以60mm的冲程，90次循环/分钟的速率运行。以上曲线表明，在45，000次循环后，本发明的可磨耗干膜润滑剂在首次磨合后保持了相对一样的厚度。厚度为涂层提供了贮油特性和强度。另一方面，在19，000次循环后，最下面的曲线所显示的常规润滑剂在首次磨合后没有厚度。
可磨耗干膜润滑剂的粗糙度，孔隙率和粘合材料强度可以通过配方，生产和固化条件来调节，从而提供元件的间隙控制，耐久性，油膜维护与摩擦保护间的稳健平衡。这些特征在活塞-缸筒间隙由加工公差决定的高体积发动机装置中尤其有益。
表7将本发明的可磨耗干膜润滑剂与两种其它工业液体涂料进行了比较，一个是可购自Sandstrom Products Company of Port Byron，Illinois的Series E722 Piston Skirt Coating
Figure A200780040781D0022151953QIETU
，另一个是可购自DowChemical Company，Midland，Michigan的D10。
表7
 
性能比较标准 流动涂料-粉末涂料 2种液体工业基准活塞涂料
快速磨合深度 0.0003-0.0013(可定制) N/A
厚度 0.0008-0.0040” 典型最大值0.0008”
耐热，油，滑动性* 持续1M循环586 PSI，300℉ 在58K循环时失败330 PSI，250℉  
冷热冲击循环400F-40F后的热，油，滑动耐受性*          持续TBD330 PSI，250℉ TBD失败330 PSI，？℉
贮油模式 首次磨合运转油体积巨大，持续的裂缝网状结构吸收入磨损的固体润滑剂颗粒中 无裂缝仅有橙皮状加工槽吸收极少        
保油/油脂性* 优良 很弱
缺油滑动磨损率* 极少磨损 破坏性的
活塞间隙控制 磨损至最佳啮合，然后保持尺寸 N/A太薄，以至不能有效进行间隙控制磨合从未停止            
方法比较标准
环境 0.003”涂料，％VOC可忽略炉通风少                0.0008”厚，60+％Voc溶剂有危害必须要炉通风        
涂敷 自动化 自动化
厚度控制 可能范围宽控制比液体巧妙 在一种应用中仅有较窄的可能范围可重复性很好        
回收/利用 非常好 非常好
固化周期 350F，10min和10min以下 400F，60min
 
整个周期时间 12-20min 50-70min(干燥/固化)
·内部滑动磨损试验
上表通过比较显示本发明有许多优点。因而，显示开始的底层涂料涂层有助于随后的粉末涂层的粘着力。底层涂料涂层和粉末涂层的组合以优越的方式实现了粘着力和耐久性。
可以制备其上有可磨耗干粉涂层的物品，其中可磨耗涂层物品包括其上有至少一层液体底层涂料涂层的基体表面和在液体底层涂料表面上的可磨耗干粉涂层，反之亦然。根据应用的不同，可以调换或增加这两种涂层各自的额外层。可磨耗干粉涂层由干粉涂层组合物形成，该组合物包括与至少一种填料组合的具有某一固化温度的热固性树脂，其中填料由在树脂的固化温度或低于树脂的固化温度时基本上不熔化的材料形成。粉末涂层可以具有使该涂层的质量为其几何学计算的理论质量的约20％至约90％的结构。可磨耗涂层通过利用使涂层可磨耗的填料产生。
热固性树脂可以选自丙烯酸树脂，聚酯树脂，环氧树脂，烯丙基树脂，三聚氰胺甲醛树脂，酚树脂，聚丁二烯树脂，聚碳酸酯树脂，聚双环戊二烯树脂，聚酰胺树脂，聚酰胺酰亚胺树脂，聚氨酯树脂，硅酮树脂，及其组合物。干粉组合物的涂层可以在基体表面不连续地使用。
填料以提供可磨耗特性的量使用，如占所得复合粉末组合物体积的约15％至约30％的量。填料可以选自金属，硅酸盐，石墨，氮化硼，金刚石，二硫化钼，氟化物，粘土，松土，木材，灰分，颜料，陶瓷，聚合物，二氧化硅，二氧化钛，石膏，磷光材料，固化树脂系统，固化复合粉末组合物，及其混合物。
复合干粉组合物可以进一步含有选自聚合物，非活化热固性树脂，热塑性塑料和聚合物蜡的聚合物材料。粉末组合物可以含有选自含氟聚合物蜡，聚乙烯蜡和聚丙烯蜡的聚合物蜡，或加热时产生气体的发泡剂，这样，涂层固化后便包括具有孔桥壁的气孔隙。
当涂布成约5至约250微米的厚度，尤其是当可磨耗涂层被涂布成约15至约80微米的厚度时，产生的可磨耗涂层具有约1至约2000微英寸的粗糙度Ra值和约10低至约-150的Rsk值。
制备用于用可固化成可磨耗涂层的涂料涂布物品的组合物的方法包括将具有某一固化温度的热固性树脂干粉的无蒸发性载体混合物熔融混合，以形成成团复合物质，其中填料由在树脂的固化温度或树脂的固化温度以下时基本上不熔化的材料形成，使成团复合物质冷却，然后将冷却的成团复合物质破碎成粉末颗粒，从而形成将涂敷在基体上的复合粉末组合物。该方法可以进一步包括在熔融混合之前将树脂和填料一起固结成小单元。然后，将树脂和填料一起固结成小单元，并在熔融混合步骤之前将硬化剂与该小单元混合。在该方法中，树脂可以选自丙烯酸树脂，聚酯树脂，环氧树脂，烯丙基树脂，三聚氰胺甲醛树脂，酚树脂，聚丁二烯树脂，聚碳酸酯树脂，聚双环戊二烯树脂，聚酰胺树脂，聚酰胺酰亚胺树脂，聚氨酯树脂，硅酮树脂及其组合物。
上述实施例都只是说明性的，其不应被理解为限制本发明，本发明在所附权利要求中进行了适当描述。
以上关于本发明的优选实施方案的说明书是为说明和描述的目的而呈现。其不希望被理解为详尽无遗，或者将本发明限制成被公开的精确形式。对于具体实施方案，在上述教导的启发下可以进行显而易见的修饰或改变。选择和描述的实施方案是为了最好地说明本发明的原则及其实际应用，从而使本领域技术人员能够在各种实施方案中最好地利用本发明，并进行各种适合期望的特定用途的修饰。希望本发明的范围由所附权利要求来限定。
工业实用性
本发明在任何两个接触的工作表面上均有适用性，但尤其适用于涂布任何具有啮合表面的元件，包括泵，涡轮，活塞和活塞元件，转子及气体压缩机元件上的接触面。尤其适用于涡轮增压器。

Claims (17)

1.其上有可磨耗干粉涂层的物品，包括：
具有基体表面的能涂布可磨耗涂层的物品；
该基体表面上的至少一层液体底层涂料涂层；和
该液体底层涂料表面上的可磨耗干粉涂层，该可磨耗干粉涂层由干粉涂层组合物形成，该组合物包含与至少一种填料组合的具有某一固化温度的热固性树脂，其中填料由在树脂的固化温度或低于树脂的固化温度时基本上不熔化的材料形成，该粉末涂层具有的结构使该涂层的质量为其几何学计算的理论质量的约20％至约90％，由此，利用使涂层可磨耗的填料产生可磨耗涂层。
2.根据权利要求1的涂层物品，其中热固性树脂选自丙烯酸树脂，聚酯树脂，环氧树脂，烯丙基树脂，三聚氰胺甲醛树脂，酚树脂，聚丁二烯树脂，聚碳酸酯树脂，聚双环戊二烯树脂，聚酰胺树脂，聚酰胺酰亚胺树脂，聚氨酯树脂，硅酮树脂及其组合物。
3.根据权利要求1的涂层物品，其中填料以提供可磨耗特性的量使用。
4.根据权利要求1的涂层物品，其中填料以基于所得复合粉末组合物体积的约15％至约30％的量使用。
5.根据权利要求1的涂层物品，其中干粉组合物的涂层在基体表面不连续地使用。
6.根据权利要求1的涂层物品，其中填料选自金属，硅酸盐，石墨，氮化硼，金刚石，二硫化钼，氟化物，粘土，松土，木材，灰分，颜料，陶瓷，聚合物，二氧化硅，二氧化钛，石膏，磷光材料，固化树脂系统，固化复合粉末组合物及其混合物。
7.根据权利要求1的涂层物品，其中复合干粉组合物还含有选自聚合物，非活化热固性树脂，热塑性塑料和聚合物蜡的聚合物材料。
8.根据权利要求7的涂层物品，其中粉末组合物还含有选自含氟聚合物蜡，聚乙烯蜡和聚丙烯蜡的聚合物蜡。
9.根据权利要求1的涂层物品，其中涂层粉末组合物还包含加热时产生气体的发泡剂，由此，涂层固化后便包括具有孔桥壁的气孔隙。
10.根据权利要求1的涂层活塞组元件，其中可磨耗涂层具有约1至约2000微英寸的粗糙度Ra值。
11.根据权利要求1的涂层活塞组元件，其中可磨耗涂层具有约10低至约-150的Rsk值。
12.根据权利要求1的涂层活塞组元件，其中可磨耗涂层涂布的厚度为约5至约250微米厚。
13.根据权利要求12的涂层活塞组元件，其中可磨耗涂层涂布的厚度为约15至约80微米厚。
14.制备用于用可固化成可磨耗涂层的涂料涂布物品的组合物的方法，包括：
将具有某一固化温度的热固性树脂干粉的无蒸发性载体的混合物熔融混合，以形成成团复合物质，其中填料由在树脂的固化温度或树脂的固化温度以下时基本上不熔化的材料形成；
使成团复合物质冷却；和
将冷却的成团复合物质破碎成粉末颗粒，从而形成复合粉末组合物。
15.根据权利要求14的方法，还包括在熔融混合步骤之前将树脂和填料一起固结成小单元。
16.根据权利要求14的方法，还包括：
将树脂和填料一起固结成小单元；和
在熔融混合步骤之前将硬化剂与该小单元混合。
17.根据权利要求14的方法，其中树脂选自丙烯酸树脂，聚酯树脂，环氧树脂，烯丙基树脂，三聚氰胺甲醛树脂，酚树脂，聚丁二烯树脂，聚碳酸酯树脂，聚双环戊二烯树脂，聚酰胺树脂，聚酰胺酰亚胺树脂，聚氨酯树脂，硅酮树脂及其组合物。
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