CN101544078A

CN101544078A - 一种减振耐磨复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101544078A
Application number: CN200910029473A
Authority: CN
Inventors: 骆志高; 陈保磊; 庞朝利
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2009-09-30

Abstract

本发明公开了一种减振耐磨复合材料及其制备方法，塑料层固粘在金属基体的铁铜颗粒层上，塑料层材料成份的质量百分比含量为：尼龙66为60～70％、聚苯硫醚为25～30％、碳纤维为7％、二硫化钼为1％。将金属基体烧结后放入模压成型模具中，将按质量百分比配制好的塑料层粉料平铺在金属基体上，铺层厚度为8～13mm，再加压至3～5MPa，以10～20℃/min的速度升温，待温度升至230～260℃时保持10～30分钟恒温，然后加压至5～15MPa，并升温至290～300℃，再保持10～60分钟恒温，最后在保压条件下冷却，使模具温度降到100℃以下脱模。本发明复合材料具有良好的减振性、耐磨性、机械强度、耐热性、抗化学性腐蚀以及对环境无污染等特点，能在苛刻条件下使用，减振效果为12％～21％，摩擦系数为0.08～0.32、磨损率为0.8～3.5×10^－6mm³/N.m。

Description

一种减振耐磨复合材料及其制备方法

技术领域

本发明提供了一种具有减振和耐磨特性的复合材料及该材料的制备方法。

背景技术

当前，航空航天、汽车、机械和建筑等行业飞速发展，对与之配套的轴套、滑板和滑道等部件提出越来越高的要求。在机械运行中，不可避免地会产生振动和摩擦且需要消除这些振动和摩擦。

在减小摩擦方面，一般是在接触表面添加润滑剂，如添加石墨、润滑油和二硫化钼等，这种方法在一定程度上能有效地减少摩擦，但是在机械运行过程中出现的不确定因素会导致润滑剂的添加时间、频次和位置难以控制，这就降低了润滑效果。目前，自润滑材料是由承载能力较小的高分子物质组成，便限制了材料在许多方面的运用。在减小振动方面，都是通过优化部件的结构来实现，由于某些部件的结构具有固定性，所以这种优化部件结构的方法适用范围很有限。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的问题，提出了一种减振和耐磨性能均较好的复合材料。

本发明的第二个目的是提出该减振和耐磨性能均较好的复合材料的制备方法。

本发明的减振耐磨复合材料采用的技术方案是：由金属基体和塑料层组成，金属基体由钢板和烧结在钢板上的铁铜颗粒层组成，塑料层固粘在铁铜颗粒上，所述铁铜颗粒层中的铸铁颗粒的粒度为140～180um、青铜颗粒的粒度180～250um；塑料层材料成份的质量百分比含量为：尼龙66为60～70％、聚苯硫醚为25～30％、碳纤维为7％、二硫化钼为1％。

本发明的减振耐磨复合材料的制备方法采用的技术方案是依次采用如下步骤：

a)在钢板上铺上混合均匀的铁铜颗粒形成铁铜颗粒层，用油压机冷压成型形成金属基体；

b)将金属基体放入烧结炉内烧结，烧结时通氢气，烧结温度为990～1050℃，烧结压力为5MPa，烧结时间为4.5～5.5小时，冷却时间为3.5～4.5小时；

c)将烧结后的金属基体进行酸洗和碱洗，并进行表面磷化处理，晾干后放入模压成型模具中，整体加热到120-140℃；

d)将按质量百分比配制好的塑料层粉料平铺在模具内的金属基体上，铺层厚度为8～13mm，再加压至3～5MPa，以10～20℃/min的速度升温，待温度升至230～260℃时保持10～30分钟恒温，然后加压至5～15MPa，并升温至290～300℃，再保持10～60分钟恒温，最后在保压条件下冷却，使模具温度降到100℃以下脱模。

本发明将承载能力较强的金属板与减振耐磨性能优越的塑料层结合，结合方式综合运用物理和化学的方法，以达到结合紧密的效果。本发明复合材料具有良好的减振性、耐磨性、机械强度、耐热性、抗化学性腐蚀以及对环境无污染等特点，能在苛刻条件下使用，减振效果为12％～21％，并在-60～250℃较宽的温度范围呈现低摩擦、耐磨损且不损伤对偶面，承载压力为160MPa，在MM-200型环块摩擦磨损试验机测定，其转速为200rpm、压力为200N且大气室温下干摩擦时，本发明温度为-60～250℃、摩擦系数为0.08～0.32、磨损率为0.8～3.5×10^-6mm³/N.m。本发明复合材料材料适用范围广，与原金属轴瓦相比可延长摩擦副使用寿命3倍或3倍以上，其原因是：

1、本发明复合材料成份中采用的尼龙66，为韧性角状半透明或乳白色结晶性树脂，分子量一般为1.5-3万。具有很高的机械强度，软化点高、耐热、摩擦系数低、耐磨损且具有自润滑性、吸震性和消音性。耐油，耐弱酸，耐碱和一般溶剂。电绝缘性好，有自熄性，无毒无臭，耐候性好等。尼龙66有高阻尼性，可以将振动转化成热量而消耗，因此能起到减振消音作用。

2、本发明复合材料成份中采用的聚苯硫醚是一种综合性能优异的耐高温树脂粘接剂，其突出优点为耐高温、耐腐蚀、耐辐射、不燃、无毒、机械性能和电性能十分优异，制品的尺寸稳定性好。聚苯硫醚是200℃以下几乎不受化学药品侵蚀，热稳定性高且对金属有高度附着性和融流性，边缘效应小，涂层针孔较少，并与尼龙66有较好的热力学相容性。故为进一步提高金属与塑料的结合强度并减小尼龙66的吸水率，需要在尼龙66里加入一定量的聚苯硫醚。

3、本发明复合材料的塑料层成份中的碳纤维和二硫化钼可降低塑料层的吸水率，使得复合材料摩擦性能进一步提升，具有更好机械性能，耐压缩抗蠕变和良好的热传导性。

附图说明

图1为本发明复合材料的组成结构图。

图2为图1中金属基体1的组成结构图。

图3为图1中A-A的半剖视图。

图4是图1中B局部放大图。

图中：1.金属基体；2.塑料层；3.铁铜颗粒层。

具体实施方式

如图1-3所示，减振耐磨复合材料自下而上由45#钢板、烧结在45#钢板上的铁铜颗粒层3和塑料层2组成，其中，45#钢板和铁铜颗粒层3组成金属基体1，塑料层2固粘在铁铜颗粒层3上。塑料层2的材料成份的质量百分含量为：尼龙66占60～70％，聚苯硫醚为25～30％，碳纤维为7％，二硫化钼为1％。烧结的铁铜颗粒层3中的的铸铁颗粒粒度为140～180um，青铜颗粒粒度为180～250um。塑料层2与金属基体1的结合是镶嵌力和分子力共同作用的结果。

本发明所用尼龙66的粒度为30um，密度为1.32g/cm³；所述聚苯硫醚的粒度为40um，密度为1.17g/cm³；所述碳纤维单丝直径约15um，长径比为617，堆密度为700g/L；所述二硫化钼的粒度为40～80um。

金属基体1与塑料层2组成的减振耐磨复合自润滑材料具体的制备方法如下：

将45#钢钢板进行除油2min、酸洗5min、碱洗3min、磷化5min和无离子水洗1min，并自然晾干。将铸铁颗粒和青铜颗粒以一定比例放入固体搅拌机，搅拌15～20min混合均匀得到铁铜颗粒层3中的铁铜颗粒；将铁铜颗粒平铺在45#钢钢板表面的特定区域，利用压力为15Mpa的油压机冷压成型形成金属基体1。将得到的冷压后的金属基体1放入热压烧结炉进行烧结，烧结时通氢气，烧结温度990～1050℃，烧结压力5MPa，烧结时间为4.5～5.5小时，冷却时间为3.5～4.5小时。烧结好的结构如图2所示，可看到烧结好的金属基体1表面凹凸不平。将烧结后的金属基体1进行酸洗和碱洗，并进行表面的磷化处理，晾干后放入模压成型模具中，整体加热到120～140℃。

将准备好的塑料粉末按尼龙66为60～70％、聚苯硫醚为25～30％、碳纤维为7％、二硫化钼为1％的质量百分比放入固体搅拌机，搅拌50～60min，然后放入烘干机干燥50～60min形成塑料层2的粉料。将该塑料层2的粉料平铺在模具内的金属基体1上，铺层厚度为8～13mm。再加压至3～5MPa，以10～20℃/min的速度升温，待温度升至230～260℃时，恒温保持10～30分钟，然后加压至5～15MPa，并温升至290～300℃，恒温保持10～60分钟，最后在保压条件下冷却，使模具温度降到100℃以下脱模即可。模压成型后塑料层2的下部已经镶嵌到烧结层中，而且塑料层2中的聚苯硫醚与金属基体1结合牢固。

以下通过3个实施例再具体说明本发明：

实施例1

将45#钢钢板进行除油2min、酸洗5min、碱洗3min、磷化5min和无离子水洗1min，并自然晾干。将铸铁颗粒和青铜颗粒以一定比例放入固体搅拌机，搅拌15min混合均匀得到铁铜颗粒层3中的铁铜颗粒；将铁铜颗粒平铺在45#钢钢板表面的特定区域，利用压力为15Mpa的油压机冷压成型形成金属基体1。将得到的冷压后的金属基体1放入热压烧结炉进行烧结，烧结时通氢气，烧结温度990℃，烧结压力5MPa，烧结时间为4.5小时，冷却时间为3.5小时。烧结好的结构如图2所示，可看到烧结好的金属基体1表面凹凸不平。将烧结后的金属基体1进行酸洗和碱洗，并进行表面的磷化处理，晾干后放入模压成型模具中，整体加热到120℃。

将准备好的塑料粉末按尼龙66为60％、聚苯硫醚为25％、碳纤维为7％、二硫化钼为1％的质量百分比放入固体搅拌机，搅拌50min，然后放入烘干机干燥50min形成塑料层2的粉料。将该塑料层2的粉料平铺在模具内的金属基体1上，铺层厚度为8mm，再加压至3MPa，以10℃/min的速度升温，待温度升至230℃时，恒温保持10分钟，然后加压至5MPa，并温升至290℃，恒温保持10分钟，最后在保压条件下冷却，使模具温度降到100℃以下脱模即可。

经上述工艺制备得到的复合材料可减振11％，摩擦系数为0.23～0.32，磨损率为1.8～3.3×10^-6mm³/N.m。

实施例2

将45#钢钢板进行除油2min、酸洗5min、碱洗3min、磷化5min和无离子水洗1min，并自然晾干。将铸铁颗粒和青铜颗粒以一定比例放入固体搅拌机，搅拌18min混合均匀得到铁铜颗粒层3中的铁铜颗粒；将铁铜颗粒平铺在45#钢钢板表面的特定区域，利用压力为15Mpa的油压机冷压成型形成金属基体1。将得到的冷压后的金属基体1放入热压烧结炉进行烧结，烧结时通氢气，烧结温度1000℃，烧结压力5MPa，烧结时间为5小时，冷却时间为4小时。烧结好的结构如图2所示，可看到烧结好的金属基体1表面凹凸不平。将烧结后的金属基体1进行酸洗和碱洗，并进行表面的磷化处理，晾干后放入模压成型模具中，整体加热到130℃。

将准备好的塑料粉末按尼龙66为65％、聚苯硫醚为28％、碳纤维为7％、二硫化钼为1％的质量百分比放入固体搅拌机，搅拌55min，然后放入烘干机干燥55min形成塑料层2的粉料。将该塑料层2的粉料平铺在模具内的金属基体1上，铺层厚度为10mm，再加压至4MPa，以15℃/min的速度升温，待温度升至250℃时，恒温保持20分钟，然后加压至10MPa，并温升至295℃，恒温保持40分钟，最后在保压条件下冷却，使模具温度降到100℃以下脱模即可。

经上述工艺制备得到的复合材料可减振15％，摩擦系数为0.17～0.26，磨损率为1.4～2.7×10^-6mm³/N.m。

实施例3

将45#钢钢板进行除油2min、酸洗5min、碱洗3min、磷化5min和无离子水洗1min，并自然晾干。将铸铁颗粒和青铜颗粒以一定比例放入固体搅拌机，搅拌20min混合均匀得到铁铜颗粒层3中的铁铜颗粒；将铁铜颗粒平铺在45#钢钢板表面的特定区域，利用压力为15Mpa的油压机冷压成型形成金属基体1。将得到的冷压后的金属基体1放入热压烧结炉进行烧结，烧结时通氢气，烧结温度1050℃，烧结压力5MPa，烧结时间为5.5小时，冷却时间为4.5小时。烧结好的结构如图2所示，可看到烧结好的金属基体1表面凹凸不平。将烧结后的金属基体1进行酸洗和碱洗，并进行表面的磷化处理，晾干后放入模压成型模具中，整体加热到140℃。

将准备好的塑料粉末按尼龙66为70％、聚苯硫醚为30％、碳纤维为7％、二硫化钼为1％的质量百分比放入固体搅拌机，搅拌60min，然后放入烘干机干燥60min形成塑料层2的粉料。将该塑料层2的粉料平铺在模具内的金属基体1上，铺层厚度为13mm，再加压至5MPa，以20℃/min的速度升温，待温度升至260℃时，恒温保持30分钟，然后加压至15MPa，并温升至300℃，恒温保持60分钟，最后在保压条件下冷却，使模具温度降到100℃以下脱模即可。

经上述工艺制备得到的复合材料可减振21％，摩擦系数为0.10～0.18，磨损率为1.2～2.6×10^-6mm³/N.m。

Claims

1.一种减振耐磨复合材料，由金属基体(1)和塑料层(2)组成，其特征是：金属基体(1)由钢板和烧结在钢板上的铁铜颗粒层(3)组成，塑料层(2)固粘在铁铜颗粒层(3)上，所述铁铜颗粒层(3)中的铸铁颗粒的粒度为140～180um、青铜颗粒的粒度180～250um；所述塑料层(2)材料成份的质量百分比含量为：尼龙66为60～70％、聚苯硫醚为25～30％、碳纤维为7％、二硫化钼为1％。

2.根据权利要求1所述的一种减振耐磨复合材料，其特征是：所述尼龙66的粒度为30um、密度为1.32g/cm3；聚苯硫醚的粒度为40um、密度为1.17g/cm3；碳纤维单丝直径为15um、长径比为617、堆密度为700g/L；二硫化钼的粒度为40～80um。

3.一种如权利要求1所述的减振耐磨复合材料的制备方法，其特征是依次采用如下步骤：

a)在钢板上铺上混合均匀的铁铜颗粒形成铁铜颗粒层(3)，用油压机冷压成型形成金属基体(1)；

b)将金属基体(1)放入烧结炉内烧结，烧结时通氢气，烧结温度为990～1050℃，烧结压力为5MPa，烧结时间为4.5～5.5小时，冷却时间为3.5～4.5小时；

c)将烧结后的金属基体(1)进行酸洗和碱洗，并进行表面磷化处理，晾干后放入模压成型模具中，整体加热到120-140℃；

d)将按质量百分比配制好的塑料层(2)粉料平铺在模具内的金属基体(1)上，铺层厚度为8～13mm，再加压至3～5MPa，以10～20℃/min的速度升温，待温度升至230～260℃时保持10～30分钟恒温，然后加压至5～15MPa，并升温至290～300℃，再保持10～60分钟恒温，最后在保压条件下冷却，使模具温度降到100℃以下脱模。