CN102199474B

CN102199474B - 金属零部件用干膜润滑剂

Info

Publication number: CN102199474B
Application number: CN 201110109616
Authority: CN
Inventors: 乔红斌; 夏爱林; 古绪鹏; 陈翔; 郑祎群; 吴胜华; 杨建国; 伊廷峰; 申再朋
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2031-04-29
Also published as: CN102199474A

Abstract

本发明公开了一种干膜润滑剂。该干膜润滑剂，按重量百分比计，其组成和配比为：固体润滑剂10~55％，耐磨添加剂4~10％，分散剂0.2~5％，抗氧化剂2~6％，磁性添加剂0.5~2.5％，粘结基体35~80％。本发明干膜润滑剂相对于现有技术，耐磨性能显著提高，同时对于对摩面的划伤较少。其可应用于各种机械金属零部件的永久润滑；活塞、凸轮、气缸等的初期跑合；铁路车辆、航空机、船舶等的零件补修；钢丝绳减震器、矿井提升机以及桥梁钢丝绳的微动磨损防护等。

Description

金属零部件用干膜润滑剂

技术领域

本发明属于润滑剂制备技术领域，特别涉及一种用于金属零部件的干膜润滑剂及其使用方法。

背景技术

干膜润滑是借助于粘结剂将固体润滑剂、耐磨添加剂等牢固地粘结在运动的摩擦表面上起耐磨润滑防护作用的一种技术，形成固体润滑干膜的材料称为干膜润滑剂。干膜润滑剂形成的干膜可以在干摩擦条件下起到固体润滑作用，也可与润滑油、脂、膏共用，还有防腐保护膜作用，同时也用于已被磨损的表面修补或表面防粘防污(垢)等。广泛应用于航空、航天、机械、交通、石化、建筑、船舶、电子等工业部门的摩擦零件。

干膜润滑剂多采用类似于涂料的有机或无机粘结剂，添加各种辅助材料，包括固体润滑剂、耐磨添加剂、抗氧剂等，将这种干膜润滑剂通过喷涂、刷涂、浸涂等施工方法，在摩擦部件表面形成10～80μm厚的涂层，经一定温度固化形成干膜。

公开号为93115761.7的发明专利公开了一种开式齿轮用磁性块状润滑油的配方及其制造方法，以沥青、机械油和二硫化钼粉末作为主要润滑剂，添加磁性载体四氧化三铁、降凝剂８０１、粘合剂环氧树酯、滑石粉等，其中降凝剂和粘合剂可用803和聚异丁烯代替，便于滴注式注油。公开号为200610039516.2和200710141551.X的发明专利制备了用于疏水磁性润滑轴承的疏水磁性润滑脂，首先制备出由纳米磁性粉体和基液构成的纳米磁性液体(磁流体)，磁流体的纳米粉体采用软磁性微粉Fe₃O₄(四氧化三铁)或 MnZnFe₂O₄(锰锌铁氧体)，磁流体的基液为疏水润滑油，然后添加稠化剂均匀混合得到疏水且具有磁性的润滑脂。同时将轴承外圈或轴承密封盖或轴承内圈设置为永磁体，或是在轴承密封盖的外表面上设置多个小磁铁块，使轴承形成一个闭合的磁路，同时在轴承的内腔中填充有处于磁场当中的疏水磁性润滑脂。公开号为201010563286.6的发明专利主要采用等离子体活化法制备双粒子纳米磁性润滑油。将五羰基铁和八羰基二钴在惰性气体保护及氨气通入状态下注入表面活性剂与载液的混合液，加热反应体系温度至80～90℃，启动直流高压，同时启动交流脉冲高压调控至7kV，脉冲频率为63kHz左右，对氨气进行等离子体活化，反应温度200℃左右，运行130～150min，然后在反应完成后，将反应体系冷却至40℃以下，收集产物。该专利主要针对原单微粒纳米磁性润滑油饱和磁化强度不高及纳米磁性微粒稳定性不好等原因，用亲磁能力强的Co粒子取代一部分Fe粒子，增强了磁性微粒的饱和磁化强度，磁性润滑油的饱和磁化强度也因此提高。上述四项发明主要针对流体润滑，通过添加磁性载体以充分发挥流体润滑剂的润滑性能。

公开号为200810117892.8的发明专利主要为一种用于油井管螺纹表面的单组分自润滑磁性涂料，涂料固化形成自润滑磁性涂层的油井管自润滑螺纹，自润滑磁性涂料按重量百分比为：成膜物质25～90％；固体润滑材料4～65％；助剂0～10％；溶剂0～70％；颜料0～10％；填料0～10％，磁性微粒1～5％；成膜物质为离聚物树脂与粘性树脂的混合物，离聚物树脂含量是两者总重量的5～45％；固体润滑材料为无机类富勒烯材料、层状化合物、具有六方晶体结构的稀土化合物的一种或几种；磁性微粒采用经过预处理的磁性微粒，粒度为1～5微米的FERRICON磁性微粒，加入磁性颗粒的目的主要是增加涂层的附着力，涂层主要提高螺纹的抵抗粘着磨损(粘扣)性能，该发明未提及耐磨添加剂，更未见提及耐磨添加剂的高分子包覆，同时未见应用于发生相对运动的金属件表面固体润滑涂膜。

综上所述，目前对于有机粘结干膜润滑剂的研究较少，而其极压抗磨性能亦需得到提高。

发明内容

本发明目的在于提供一种耐磨性能大大提高，同时降低对于对摩面的划伤的干膜润滑剂及其使用方法。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：所述干膜润滑剂由固体润滑剂、耐磨添加剂、抗氧化剂、磁性添加剂以及粘结基体组成，按重量百分比计，其配比为：固体润滑剂10~55％，耐磨添加剂4~10％，分散剂0.2~5％，抗氧化剂2~6％，磁性添加剂0.5~2.5％，粘结基体35~80％。

固体润滑剂选用石墨、二硫化钼和二硫化钨的一种或几种，固体润滑剂颗粒平均粒径为6mm以下。石墨在空气和潮湿环境下润滑性能较好，二硫化钼在干燥和真空条件下的润滑性能优越，二硫化钨的极压抗磨性能和耐温性能优异，固体润滑剂的复配会产生较好的效果。

耐磨添加剂选用滑石粉、钛白粉、轻体碳酸钙、沉淀硫酸钡、碳酸镁、气相二氧化硅、氢氧化镁、氢氧化铝、氧化铝、蒙脱土以及高岭土中的一种或数种，选用的耐磨添加剂在添加前经过环氧树脂、有机硅树脂或者聚丙烯酸(酯)高分子材料的表面包覆处理。具体包覆工艺包括物理包覆和化学包覆。物理包覆是直接将耐磨添加剂分散于高分子材料的分散液中经过机械和超声分散。化学包覆是利用改性剂如硅烷、钛酸酯、铝酸酯等偶联剂，高级脂肪酸、有机铵等的官能团与无机离子表面发生化学反应，如氧化铝、二氧化硅等粒子表面含有多个羟基官能团，这些官能团通过与上述改性剂化学反应引入所需要的官能团，这些官能团再与高分子中的对应官能团发生反应，进而实现耐磨添加剂颗粒的高分子包覆。如在二氧化硅表面引入KH-550改性，反应之后引入KH-550分子结构中的NH₂—，而该NH₂—基团可以通过分别与环氧基和羧基反应，实现在颗粒表面分别包覆环氧树脂和聚丙烯酸(酯)树脂。高分子包覆耐磨添加剂之后，有效防止粒子聚集，有利于其在涂膜之中的均匀分散；同时由于高分子覆层硬度较低，使得耐磨添加剂的硬度适当降低，降低了硬质颗粒对于对摩面的划伤。本发明可选用两种包覆方式中的任一种。

分散剂选用OP-10、span-80、tween-20、聚乙二醇、聚乙烯醇缩甲醛以及聚乙烯醇缩丁醛中的一种或数种。

抗氧化剂选用三氧化二锑或氧化铅。

磁性添加剂选用四氧化三铁、镍锌铜铁氧体、锰锌铁氧体和镁锌铁氧体中的一种或者数种。选用的四氧化三铁、镍锌铜铁氧体、锰锌铁氧体和镁锌铁氧体通过两次水热法制备得到，先采用碳酸钠作矿化剂，在碱性条件下进行第一次水热反应；再在酸性条件下进行第二次水热反应，形成单相铁氧体，其粒径均在100 nm以下。

涂膜粘结基体选用环氧丙烯酸、环氧酚醛、环氧有机硅、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺树脂中的一种。

上述干膜润滑剂的制备方法具体步骤如下：

将一定量的各种涂膜粘结基体分散于分散液中，待搅拌均匀后依次添加分散剂、固体润滑剂、耐磨添加剂、抗氧化剂、磁性添加剂，分别经过高速分散和砂磨分散或球磨分散之后，经过滤封装即可制得。该干膜润滑剂的常温保存期可达1年。

上述干膜润滑剂的使用方法具体步骤如下：

（1）在涂覆前，对于金属材质进行除油、除锈和磷化预处理；

（2）涂覆采用喷涂法或刷涂法，喷涂法压力为0.20~0.35MPa，喷嘴与基体材料距离为20~25cm，刷涂法采用软毛刷；

（3）将涂覆干膜润滑剂的零部件置于空气中或干燥箱中在一定温度和一定时间固化形成固体润滑膜。

本发明与现有技术相比较，具有如下优点：通过在配方中添加磁性添加剂、经过高分子材料包裹的耐磨添加剂后，使得制得的固体润滑膜的耐磨性能大大提高，同时对于对摩面的划伤较少。

本发明适用于各种机械的金属零部件，如照相机、事务机、汽车零件等的永久润滑；活塞、凸轮、齿轮、气缸等的初期跑合；铁路车辆、航空机、船舶、事务机等的零件补修；塔吊销轴、桥梁支柱、铁路道岔滑床板、火箭机器发射装置等的防锈及润滑兼用；钢丝绳减震器、矿井提升机以及桥梁钢丝绳的微动磨损防护等。

具体实施方式

实施例一：

对45钢试样经过除油、除锈和磷化之后，在0.20~0.35MPa压力下气压喷涂如下配方的干膜润滑剂并于180℃加热固化45min形成10～15μm厚的固体润滑膜，涂膜附着力为1级，通过50cm??kg冲击试验，经过48小时在+35 ℃、5% NaCl条件下盐雾试验后工作涂层表面无红锈。采用MM-200在载荷100 N、滑动速度0.419 m/s条件下进行环块干摩擦磨损试验。干膜润滑剂成膜物质中以重量百分比计：环氧丙烯酸树脂粘结基体62份；固体润滑剂24份；span-80 0.4份；经过环氧包覆的滑石粉4份；经过环氧包覆的氧化铝3份；三氧化二锑5份；四氧化三铁1.6份。固体润滑剂采用石墨，未添加磁性颗粒时，磨合期磨损率为23.3%，30min后单位行程磨损量为4.77×10^-3mg/m，50min后磨损总质量为4.6mg；添加四氧化三铁之后，磨合期磨损率为14.5%，30min后单位行程磨损量为1.59×10^-3mg/m，50min后磨损总质量为3.4mg。

实施例二：

对45钢试样经过除油、除锈和磷化之后，在0.20~0.35MPa压力下气压喷涂如下配方的干膜润滑剂并于常温固化24h形成10～15μm厚的固体润滑膜，涂膜附着力为1级，通过50cm??kg冲击试验，经过48小时在+35 ℃、5% NaCl条件下盐雾试验后工作涂层表面无红锈。采用MM-200在载荷100 N、滑动速度0.419 m/s条件下进行环块干摩擦磨损试验。干膜润滑剂成膜物质中以重量百分比计：环氧酚醛树脂粘结基体62份；固体润滑剂24份；span-80 0.4份；经过环氧包覆的二氧化钛4份；经过环氧包覆的氧化铝4份；三氧化二锑4份；四氧化三铁1.6份。固体润滑剂采用石墨与二硫化钼复合，其质量之比为4:1，未添加磁性颗粒时，磨合期磨损率为56.2%，30min后单位行程磨损量为6.76×10^-3mg/m，50min后磨损总质量为10.4mg；添加锰锌铁氧体之后，磨合期磨损率为17.5%，30min后单位行程磨损量为3.98×10^-3mg/m，50min后磨损总质量为4.2mg。

实施例三：

对40Cr钢试样经过除油、除锈和磷化之后，在0.20~0.35MPa压力下气压喷涂如下配方的干膜润滑剂并于60℃加热固化60min形成10～15μm厚的固体润滑膜，涂膜附着力为1级，通过50cm??kg冲击试验，经过48小时在+35 ℃、5% NaCl条件下盐雾试验后工作涂层表面无红锈。采用MM-200在载荷100 N、滑动速度0.419 m/s条件下进行环块干摩擦磨损试验。干膜润滑剂成膜物质中以重量百分比计：环氧有机硅树脂粘结基体70份；固体润滑剂20份；span-80 0.2份；经过聚丙烯酸酯包覆的氧化铝4份；经过聚丙烯酸酯包覆的碳化硅3份；氧化铅2份；镍锌铜铁氧体 0.8份。固体润滑剂采用二硫化钨，未添加磁性颗粒时，磨合期磨损率为27.6 %，30min后单位行程磨损量为5.98×10^-3mg/m，50min后磨损总质量为13.5mg；添加四氧化三铁之后，磨合期磨损率为26.0 %，30min后单位行程磨损量为3.27×10^-3mg/m，50min后磨损总质量为6.6 mg。

实施例四：

对弹簧钢试样经过除油、除锈和磷化之后，在0.20~0.35MPa压力下气压喷涂如下配方的干膜润滑剂并于200℃加热固化60min形成10～15μm厚的固体润滑膜，涂膜附着力为1级，通过50cm??kg冲击试验，经过48小时在+35 ℃、5% NaCl条件下盐雾试验后工作涂层表面无红锈。采用MM-200在载荷100 N、滑动速度0.419 m/s条件下进行环块干摩擦磨损试验。干膜润滑剂成膜物质中以重量百分比计：聚酰胺酰亚胺树脂粘结基体35份；固体润滑剂55份；聚乙二醇1.3份；经过有机硅包覆的氧化铝4份；三氧化二锑1份；锰锌铁氧体3.7份。固体润滑剂采用石墨与二硫化钼复合，其质量之比为1:4，未添加磁性颗粒时，磨合期磨损率为18.8%，30min后单位行程磨损量为9.15×10^-3mg/m，50min后磨损总质量为11.5mg；添加四氧化三铁之后，磨合期磨损率为9.5%，30min后单位行程磨损量为1.99×10^-3mg/m，50min后磨损总质量为9.7mg。

实施例五：

对弹簧钢试样经过除油、除锈和磷化之后，在0.20~0.35MPa压力下气压喷涂如下配方的干膜润滑剂并于180℃加热固化120min形成10～15μm厚的固体润滑膜，涂膜附着力为1级，通过50cm??kg冲击试验，经过48小时在+35 ℃、5% NaCl条件下盐雾试验后工作涂层表面无红锈。采用MM-200在载荷100 N、滑动速度0.419 m/s条件下进行环块干摩擦磨损试验。干膜润滑剂成膜物质中以重量百分比计：聚酰亚胺树脂粘结基体80份；固体润滑剂10份；span-80 0.2份；经过聚丙烯酸酯包覆的氧化铝4份；经过聚丙烯酸酯包覆的二氧化硅3份；氧化铅2份；镍锌铜铁氧体 0.8份。固体润滑剂采用二硫化钨，未添加磁性颗粒时，磨合期磨损率为29.5%，30min后单位行程磨损量为6.36×10^-3mg/m，50min后磨损总质量为15.9mg；添加四氧化三铁之后，磨合期磨损率为27.4%，30min后单位行程磨损量为5.17×10^-3mg/m，50min后磨损总质量为9.5mg。

Claims

1. 一种金属零部件用干膜润滑剂，其特征在于，以重量百分比计，其配方组成为：

固体润滑剂 10～60

耐磨添加剂 4～10

分散剂 0.2～5

抗氧化剂 2～6

磁性添加剂 0.5～2.5

粘结基体 35～80

以上各组分重量百分比之和为100%；

所述的固体润滑剂为石墨、二硫化钼以及二硫化钨中的一种或几种，固体润滑剂颗粒平均直径为6mm以下；

所述的耐磨添加剂选用滑石粉、钛白粉、轻体碳酸钙、沉淀硫酸钡、碳酸镁、气相二氧化硅、氢氧化镁、氢氧化铝、氧化铝、蒙脱土以及高岭土中的一种或几种，且选用的耐磨添加剂在添加前经过环氧树脂、有机硅树脂或者聚丙烯酸高分子材料的表面包覆处理；

所述分散剂选用OP-10、span-80、tween-20、聚乙二醇、聚乙烯醇缩甲醛以及聚乙烯醇缩丁醛中的一种或几种；

所述的抗氧化剂选用三氧化二锑或氧化铅；

所述的磁性添加剂选用四氧化三铁、镍锌铜铁氧体、锰锌铁氧体和镁锌铁氧体中的一种或者几种,并且选用的磁性添加剂通过两次水热法制备得到，先采用碳酸钠作矿化剂，在碱性条件下进行第一次水热反应；再在酸性条件下进行第二次水热反应，形成单相铁氧体，其粒径均在100 nm以下；

所述粘结基体选用环氧丙烯酸、环氧酚醛、环氧有机硅、聚酰亚胺以及聚酰胺酰亚胺树脂中的一种。