CN102226125A

CN102226125A - 一种无机耐高温干膜润滑剂

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Publication number: CN102226125A
Application number: CN2011101283413A
Authority: CN
Inventors: 夏爱林; 乔红斌; 晋传贵; 吴胜华; 杜德新; 刘顺凯; 陈路
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2031-05-17
Also published as: CN102226125B

Abstract

本发明公开了一种无机耐高温干膜润滑剂。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10~50％，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％。本发明的干膜润滑剂耐磨性能优良；对于对摩面划伤较小；使用温度范围较宽。尤其适用于金属基材零部件表面高温条件下的润滑耐磨涂覆。

Description

一种无机耐高温干膜润滑剂

技术领域

本发明属于固体润滑用润滑剂制备技术领域，特别涉及一种无机粘结剂粘结的耐高温干膜润滑剂及其制备方法。

背景技术

干膜润滑剂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发生相对运动的摩擦表面上，起耐磨润滑防护作用，可采用喷涂、刷涂、浸涂等形式将干膜润滑剂涂覆在摩擦基体表面，经一定温度干燥后固化形成固体润滑干膜。高温干膜润滑剂可以在高温的干摩擦条件下起到固体润滑作用，解决了润滑油、脂、膏不能耐高温的问题，还具有防腐保护膜作用，同时也用于已被磨损的表面修补或表面防粘防污(垢)等。广泛应用于冶金、电能、交通、石化、船舶等工业部门的高温摩擦零部件。

高温干膜润滑剂多采用硅酸盐和磷酸盐等无机粘结剂，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20～200um厚的涂层，经一定温度固化形成固体润滑膜。

公开号为的02158221.1发明专利公开了一种无机高温耐磨涂料，由胶粘剂、固体润滑剂、防粘剂、润湿剂、助剂、溶剂组成。胶粘剂是酸性磷酸铝，固体润滑剂为石墨，防粘剂为氮化钛、氮化硼、二硫化钨，润湿剂为吐温80，助剂为氧化铅，溶剂为水。该无机高温耐磨涂料使用方便，直接擦涂于经清洗干净的金属表面，经过高温固化即成干膜润滑涂层，涂层适用于室温至500℃以下温度条件下的热加工模具、零件的防粘润滑。其中未涉及磁性材料的添加和耐磨添加剂的添加和表面包覆处理，而目前多见的干膜润滑剂耐磨损性能仍然欠缺，同时磨损一段时间后耐磨添加剂可能会对对摩面产生划伤。

发明内容

本发明目的在于提供一种添加了磁性材料的无机耐高温干膜润滑剂及其使用方法，使得固体润滑膜的润滑耐磨性能大大提高，同时降低对于对摩面的划伤。

本发明所提供的干膜润滑剂成膜物质由固体润滑剂、耐磨添加剂、抗氧化剂、磁性添加剂、无机粘结基体组成，按重量百分比计，其组成和配比为：固体润滑剂10～50％，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、六方氮化硼以及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。二硫化钨在干燥和真空条件下的润滑性能优越，石墨在空气和潮湿环境下润滑性能较好，固体润滑剂的复配会产生较好的效果。六方氮化硼在中性还原气氛中，耐热到2000℃，在氮气和氩中使用温度可达2200℃，在氧气气氛中也可使用至900℃，可作高温固体润滑剂、挤压抗磨添加剂、生产陶瓷复合材料的添加剂、耐火材料和抗氧化添加剂。

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等其中的一种或数种。

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、高岭土、氧化锆以及三氧化二钇中的一种或数种。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。

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。

涂膜粘结基体选用硅酸钠、硅酸钾、磷酸二氢铝、磷酸二氢锌以及磷酸二氢锰中的一种或数种混合。磷酸二氢铝、磷酸二氢锌以及磷酸二氢锰是由磷酸与对应氢氧化物或氧化物反应生成的。其中磷酸二氢锌可以提高涂膜的户外耐久性；磷酸二氢锰可提高涂膜的耐磨性；磷酸二氢铝可以转化部分铁锈和提高涂膜的防腐蚀性能，提高涂膜的耐水耐盐耐溶剂性能；硅酸盐可以调结涂膜固化时间和涂膜与底材的粘结性能。

上述无机耐高温磁性干膜润滑剂的制备方法具体步骤如下：

（1）酸性磷酸铝粘结剂的制备称取一定量的氢氧化铝粉末，加入一定量的磷酸，搅拌使其预反应2分钟后，加入一定量的去离子水于110℃～170℃加热搅拌反应1小时，即可得澄清透明胶黏液粘结基体。其它酸性粘结基体制备与上同；

（2）将一定量的粘结基体与去离子水搅拌均匀后，依次添加分散剂、耐磨添加剂、固体润滑剂、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，再经过滤封装即可制得。

本发明与现有技术相比较，具有如下优点：耐磨性能优良，通过添加磁性添加剂，提高耐涂膜的极压抗磨性能；同时耐磨添加剂在添加前经过经过环氧树脂、有机硅树脂或者聚丙烯酸酯高分子材料的表面包覆处理，避免对对摩面的划伤；使用温度范围较宽，可在常温至800℃高温条件下发挥作用；涂膜的耐水耐候和耐化学品性优良，适用范围较广。

本发明尤其适用于金属表面高温工作条件下的润滑耐磨涂覆，如各类发动机的高温滑动部件、汽缸、活塞环、飞机上的高温滑动件如高压压气机、加力系统和反推力系统、远程炮的炮膛、金属热加工模具、炼钢机械、热电机械、原子能反应堆的有关部件、耐高温烧蚀紧固件等。

本发明同样可以适用于一般干膜润滑剂的应用场合，如各种机械、汽车零件等的永久润滑；铁路车辆、船舶等的零件补修；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等。

具体实施方式

实施例1：

干膜润滑剂制备方法如下：称取一定量的氢氧化铝粉末，加入一定量的磷酸，搅拌使其预反应2分钟后，加入一定量的去离子水于110℃～170℃加热搅拌反应1小时，即可得澄清透明胶黏液粘结基体；将一定量的粘结基体与去离子水搅拌均匀后，依次添加分散剂、耐磨添加剂、固体润滑剂、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，再经过滤封装即可制得。干膜润滑剂成膜物质中以重量计：磷酸54.5份；氢氧化铝15.9份；氧化锌 2.3份；石墨11.4份；六方氮化硼2.3份；经过环氧树脂包覆的三氧化二铝4.5份；经过环氧树脂包覆的滑石粉2.2份；OP-10为3.4份；三氧化二锑2.8份；镍铜锌铁氧体0.7份。涂膜附着力为1级， 50cm·kg冲击试验表面产生微裂纹，经过24小时在+35 ℃、5% NaCl条件下盐雾试验后工作涂层表面无红锈。在载荷100N条件下的环块接触干摩擦试验得到，未添加磁性颗粒时，30min内单位行程磨损量为1.69×10-2mg/m，50min内磨损总质量为21.2mg；添加镍铜锌铁氧体之后，30min内单位行程磨损量为8.89×10-3mg/m，50min内磨损总质量为14.9mg。

实施例2：

制备方法与实施例1相同，干膜润滑剂成膜物质中以重量计：磷酸54.5份；氢氧化铝15.9份；硅酸钠 2.3份；石墨9.1份；二硫化钨2.3份；经过丙烯酸酯包覆的三氧化二铝4.5份；经过丙烯酸酯包覆的氧化锆2.2份；tween-20为3.4份；氧化锌 2.3份；氧化铅 2.8份；四氧化三铁 0.7份。涂膜附着力为1级， 50cm·kg冲击试验表面产生微裂纹，经过24小时在+35 ℃、5% NaCl条件下盐雾试验后工作涂层表面无红锈。在载荷100N条件下的环块接触干摩擦试验得到，未添加磁性颗粒时，30min内单位行程磨损量为1.17×10-2mg/m，50min内磨损总质量为13.8 mg；添加四氧化三铁之后，30min内单位行程磨损量为8.22×10-3mg/m，50min内磨损总质量为9.6mg。

实施例3：

制备方法与实施例1相同，干膜润滑剂成膜物质中以重量计：磷酸28.0份；氢氧化铝8.2份；石墨9.1份；二硫化钨36.4份；六方氮化硼2.3份；经过有机硅包覆的气相二氧化硅4.6份；经过有机硅包覆的氧化锆2.2份；经过有机硅包覆的氧化铝2.3份；tween-20为2.7份；氧化铅 2.8份；锰锌铁氧体1.4份。涂膜附着力为1级， 50cm??kg冲击试验表面产生微裂纹，经过24小时在+35 ℃、5% NaCl条件下盐雾试验后工作涂层表面无红锈。在载荷100N条件下的环块接触干摩擦试验得到，未添加磁性颗粒时，30min内单位行程磨损量为2. 46×10-2mg/m，50min内磨损总质量为15.5 mg；添加锰锌铁氧体之后，30min内单位行程磨损量为7.53×10-3mg/m，50min内磨损总质量为9.1 mg。

实施例4：

制备方法与实施例1相同，干膜润滑剂成膜物质中以重量计：磷酸54.6份；氢氧化铝18.2份；二硫化钨11.5份；经过经过有机硅包覆的氧化锆4.4份；经过有机硅包覆的氧化铝3.4份；span-80为2.7份；氧化铅 2.8份；四氧化三铁 2.4份。涂膜附着力为1级， 50cm·kg冲击试验表面产生微裂纹，经过24小时在+35 ℃、5% NaCl条件下盐雾试验后工作涂层表面无红锈。在载荷100N条件下的环块接触干摩擦试验得到，未添加磁性颗粒时，30min内单位行程磨损量为1.39×10-2mg/m，50min内磨损总质量为14.3 mg；添加四氧化三铁之后，30min内单位行程磨损量为7.47×10-3mg/m，50min内磨损总质量为8.1mg。

实施例5：

制备方法与实施例1相同，干膜润滑剂成膜物质中以重量计：磷酸54.6份；氢氧化铝18.2份；二硫化钨11.5份；经过经过有机硅包覆的氧化锆4.4份；经过有机硅包覆的氧化铝3.4份；tween -20为2.7份；氧化铅4.4份；四氧化三铁0.8份。涂膜附着力为1级， 50cm·kg冲击试验表面产生微裂纹，经过24小时在+35 ℃、5% NaCl条件下盐雾试验后工作涂层表面无红锈。在载荷100N条件下的环块接触干摩擦试验得到，未添加磁性颗粒时，30min内单位行程磨损量为1.89×10-2mg/m，50min内磨损总质量为16.9 mg；添加四氧化三铁之后，30min内单位行程磨损量为6.42×10-3mg/m，50min内磨损总质量为11.8 mg。

实施例6：

制备方法与实施例1相同，干膜润滑剂成膜物质中以重量计：磷酸54.6份；氢氧化铝18.2份；六方氮化硼2.3份；二硫化钨9.2份；经过经过有机硅包覆的氧化锆4.4份；经过有机硅包覆的氧化铝3.4份；span-80为2.7份；氧化铅 2.8份；锰锌铁氧体2.4份。涂膜附着力为1级， 50cm·kg冲击试验表面产生微裂纹，经过24小时在+35 ℃、5% NaCl条件下盐雾试验后工作涂层表面无红锈。在载荷100N条件下的环块接触干摩擦试验得到，未添加磁性颗粒时，30min内单位行程磨损量为1.36×10-2mg/m，50min内磨损总质量为20.1 mg；添加锰锌铁氧体之后，30min内单位行程磨损量为6.9 3×10-3mg/m，50min内磨损总质量为12.7mg。

Claims

1.一种无机耐高温干膜润滑剂，其特征在于，以重量百分比计，其配方组成为：

固体润滑剂 10～50

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

所述的固体润滑剂为石墨、六方氮化硼以及二硫化钨的一种或几种，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、氧化镁、高铝水泥、蒙脱土、高岭土、氧化锆以及三氧化二钇中的一种或几种；

所述的分散剂选用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；

所述的涂膜粘结基体选用硅酸钠、硅酸钾、磷酸二氢铝、磷酸二氢锌、磷酸二氢锰中的一种或几种。

2.如权利要求1所述的无机耐高温干膜润滑剂，其特征在于：选用的磁性添加剂通过两次水热法制备得到，其粒径均在100 nm以下。

3.如权利1或2所述的无机耐高温干膜润滑剂，其特征在于：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）的表面包覆处理。