CN102555345B

CN102555345B - 一种三层复合自润滑板材及其制造方法

Info

Publication number: CN102555345B
Application number: CN201210011534.5A
Authority: CN
Inventors: 王世成; 蒋秀凡; 张广华; 梅鹤松
Original assignee: HEFEI BOLIN ADVANCED MATERIALS CO Ltd
Current assignee: Hefei Dingju Precision Manufacturing Co ltd
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2032-01-13
Also published as: CN102555345A

Abstract

本发明公开了一种三层复合自润滑板材及其制造方法，其特征在于板材是以冷轧钢板为基体，以铜合金层为中间层，以减摩耐磨喷涂层为表层。本发明特别对于制作翻边衬套时，在翻边弯曲处铜层不会起皱皮、开裂而导致产品报废；本发明在制作薄壁板材时加工简单、结合强度高、性能稳定，与现有的三层复合自润滑材料相比，降低成本(20-40)％。

Description

一种三层复合自润滑板材及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种自润滑材料及其制造方法，特别是一种三层复合自润滑板材及其制造方法。

背景技术

目前，公知的三层复合自润滑材料有改性聚四氟乙烯-铜合金-钢背三层复合材料(以下简称为Du材料)；改性聚甲醛-铜合金-钢背三层复合材料(以下简称为Dx材料)；但是，Du材料与Dx材料在制作过程中，利用钢板表面烧结60-200目的球形铜粉，在表面形成带有一定空隙的粗糙表面层增加与减摩层的结合强度，因为上述两种表面复合减摩材料完全依靠铜粉层作为过渡粘接层，一般情况下，表面烧结铜粉层厚度控制在0.15mm-0.35mm之间；经烧结和轧制后，表面烧结铜粉层仍然是非致密的，相对密度为(85-95)％。

上述两类材料在制作板材时，存在如下不足：

首先，Du材料板材厚度小于0.5mm、Dx材料板材厚度小于1.0mm时，因烧结铜粉层时板材薄变形大，导致加工工艺困难而且表面减摩层的结合强度不稳定；其次，由于烧结铜粉层为非致密，特别对于制作翻边衬套时，因在翻边弯曲处表面铜粉层起皱皮、开裂而导致产品报废；最后，表面铜粉层浪费大，整个工艺制作成本较高。

发明内容

为了克服现有的三层复合自润滑材料存在的不足之处，本发明提供一种三层复合自润滑板材及其制造方法：采用铜合金板替代公知的三层复合自润滑材料中的钢板表面烧结铜粉层，采用喷涂方法在铜合金板表面制成减摩耐磨喷涂层，故本发明的铜合金层强度高、性能稳定，厚度尺寸易于控制；由于铜合金层为致密材料，特别对于制作翻边衬套时，在翻边弯曲处铜层不会起皱皮、开裂；同时，在制作薄壁板材时加工简单，本发明比现有的三层复合自润滑材料降低成本(20-40)％。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明三层复合自润滑板材的特点是：所述板材是以冷轧钢板为基体，以铜合金层为中间层，以减摩耐磨喷涂层为表层。

本发明三层复合自润滑板材的特点也在于：

所述基体是厚度为0.15-2.0mm的冷轧钢板；

所述铜合金层是厚度为0.02-0.1mm的铜合金板；

所述减摩耐磨喷涂层的厚度为0.01-0.1mm。

本发明三层复合自润滑板材的特点还在于：所述减摩耐磨喷涂层的组份按质量百分比为：二硫化钼5-25％、石墨5-15％、氧化铝微粉0-1.0％、聚四氟乙烯微粉0-10％、固化剂1-10％、增韧剂1-5％、余量为环氧树脂；

所述固化剂为脂肪胺类固化剂，或为咪唑类潜伏性固化剂；

所述增韧剂为聚酰胺树脂，或为丁晴橡胶树脂；

所述环氧树脂为双酚A类环氧树脂，或为双酚F类环氧树脂，环氧值≥0.40；

本发明三层复合自润滑板材的制造方法的特点是按如下步骤进行：

1、制备钢覆铜板材：

1.1、表面处理：

按所需规格剪切冷轧钢板，然后将所述冷轧钢板与铜板复合的表面用清洗打磨机进行打磨处理或者喷砂处理；

按所需规格剪切铜合金板材，然后将铜合金板材与冷轧钢板复合的表面用清洗打磨机进行打磨处理或者喷砂处理；铜合金板材厚度0.04-0.1mm；

1.2、轧制：将冷轧钢板与铜合金板叠放在一起，采用双辊轧机进行轧制，冷轧钢板和铜合金板总体厚度压下率在40-60％之间，保证铜合金层的厚度为0.02-0.1mm，得钢覆铜板材；

1.3、扩散退火处理：将步骤1.2所得钢覆铜板材在真空炉内，保证真空度在0.4-0.8MPa下进行扩散退火处理，温度在600-800℃，保温1-2小时后随炉冷却，得钢覆铜板；

2、钢覆铜板表面处理：

对于步骤1.3所得的钢覆铜板，首先采用清洗剂清洗表面油脂及污物，再通过喷砂除锈，使钢覆铜板中铜合金层的表面清洁度达到Sa2.5，表面粗糙度达到Ry60～100μm，得钢覆铜板坯料；

3、制备减摩耐磨喷涂层的涂料：

根据减摩耐磨喷涂层的组份按质量百分比称取各物料，各物料的总体积为V；

按各物料总体积V的体积百分比60％称量有机溶剂，有机溶剂的组份和体积百分比是：吡咯烷酮∶丙酮∶甲乙酮＝20∶60∶20；

将粉状类物料二硫化钼、石墨、氧化铝微粉、聚四氟乙烯微粉放入混料机内混合搅拌5-10分钟，制得搅拌均匀的粉料，待用；将环氧树脂、固化剂、增韧剂加入有机溶剂，放入另一混料机内搅拌10-20分钟，搅拌均匀制得树脂混合物；

将搅拌均匀的粉料与树脂混合物共同放入研磨机内，研磨10-20分钟，即制得涂料，研磨过程中控制温度不超过80℃，涂料粘度控制在18-25s；

4、表面喷涂：

4.1、采用空气喷涂方式进行表面喷涂，用喷枪将涂料均匀喷涂在步骤4.2所得的钢覆铜板坯料的铜合金层的表面；

4.2、按如下过程固化：升温至80℃保温30分钟，继续升温至120℃保温20分钟，继续升温至140℃保温20分钟，再升温至180℃保温60分钟，最后随炉冷却至室温；

4.3、精轧：将固化后的板材进行精轧，厚度轧下量为0.02-0.12mm；保持减摩耐磨喷涂层的厚度为0.01-0.1mm；

4.4、校平：精轧后的板材经校平机校平。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明中铜合金层厚度尺寸易于控制；由于铜合金层为致密材料，特别对于制作翻边衬套时，在翻边弯曲处铜层不会起皱皮、开裂而导致产品报废；同时，在制作薄壁板材时加工简单、结合强度高、性能稳定；

2、本发明比现有的三层复合自润滑材料降低成本(20-40)％。

附图说明

图1为本发明三层复合自润滑板材结构示意图；

图中标号：1减摩耐磨喷涂层；2铜合金层；3基体。

具体实施方式

参见图1，本实施例三层复合自润滑板材是以SPCC冷轧钢板为基体3，铜合金层2为中间层，以减摩耐磨喷涂层1为表层。铜合金层2可采用锡青铜或者黄铜等耐磨性能高的铜合金，例如CuSn5Pb5Zn5、HPb59-1、H62等。

本实施例中三层复合自润滑板材，其减摩耐磨喷涂层1的组份按质量百分比为：

二硫化钼5-25％、石墨5-15％、氧化铝微粉0-1.0％、聚四氟乙烯微粉0-10％、固化剂1-10％、增韧剂1-5％、余量为环氧树脂；

固化剂为脂肪胺类固化剂，或为咪唑类潜伏性固化剂；

增韧剂为聚酰胺树脂，或为丁晴橡胶树脂；

环氧树脂为双酚A类环氧树脂，或为双酚F类环氧树脂，环氧值≥0.40。

本实施例中三层复合自润滑板材的制造方法是：

1、制备钢覆铜板材：

1.1、表面处理：

按所需规格剪切铜合金板材，然后将铜合金板材与冷轧钢板复合的表面用清洗打磨机进行打磨处理或者喷砂处理；铜合金板材厚度0.04-0.1mm，本实施例推荐使用0.05mm，或根据客户要求定制；

1.2、轧制：将冷轧钢板与铜合金板叠放在一起，采用双辊轧机进行轧制，冷轧钢板和铜合金板总体厚度压下率在40-60％之间，本实施例推荐压下率为50％，保证铜合金层2的厚度为0.03-0.04mm，得钢覆铜板材；

1.3、扩散退火处理：将步骤1.2所得钢覆铜板材在真空炉内，保证真空度在0.4-0.8MPa下进行扩散退火处理，温度在600-800℃，保温1-2小时后随炉冷却，得钢覆铜板。

2、钢覆铜板表面处理：

对于步骤1.3所得的钢覆铜板，首先采用清洗剂清洗表面油脂及污物，再通过喷砂除锈，使钢覆铜板中铜合金层2的表面清洁度达到Sa2.5，表面粗糙度达到Ry60～100μm，得钢覆铜板坯料。

3、制备减摩耐磨喷涂层1的涂料：

根据减摩耐磨喷涂层1的组份按质量百分比称取各物料，各物料的总体积为V；

将搅拌均匀的粉料与树脂混合物共同放入研磨机内，研磨10-20分钟，即制得涂料，研磨过程中控制温度不超过80℃，涂料粘度控制在18-25s。

4、表面喷涂：

4.1、采用空气喷涂方式进行表面喷涂，用喷枪将涂料均匀喷涂在步骤2所得的钢覆铜板坯料的铜合金层2的表面；摩耐磨喷涂层1的厚度为0.01-0.1mm。本实施例摩耐磨喷涂层1的厚度为0.05mm。

4.2、按如下过程固化：升温至80℃保温30分钟，继续升温至120℃保温20分钟，继续升温至140℃保温20分钟，再升温至180℃保温60分钟，最后随炉冷却至室温。

4.3、精轧：将固化后的板材进行精轧，厚度轧下量为0.02-0.12mm；本实施例推荐厚度轧下量为0.06mm，保持减摩耐磨喷涂层1的厚度为0.03-0.05mm。

4.4、校平：精轧后的板材经校平机校平。

现举例说明本发明三层复合自润滑板材的减摩耐磨喷涂层1的材料成分和配比：

表1 方案1

表2 方案2

表3 方案3

表4 方案4

表5 方案5

环氧树脂为双酚A类环氧树脂，或为双酚F类环氧树脂，环氧值不小于0.40；双酚A类环氧树脂为蓝星化工新材料股份有限公司无锡树脂厂出品的E51、E54；双酚F类环氧树脂为蓝星化工新材料股份有限公司无锡树脂厂出品的F51、F44。

固化剂为蓝星化工新材料股份有限公司无锡树脂厂出品的改性胺类固化剂593；或广州川井电子材料有限公司出品的咪唑类潜伏性固化剂1202。

配方中体积比的溶剂的配方为：吡咯烷酮∶丙酮∶甲乙酮＝20∶60∶20；溶剂添加量根据操作实际调整，采用F-4杯检测在18-25S左右即可。

本发明的三层复合自润滑板材的性能数据：

粘结强度：将试样首先朝塑料面方向按60°角弯曲，然后再朝钢背方向弯曲，反复五次无脱层、剥落、开裂等现象；

极限PV值、干摩擦系数和磨损量见表6。

实验条件：干摩擦，逐级加载，每10分钟加载一次每次1.5MPa，上试样外径30mm内经16m，试验速度为0.5m/s.

表6 PV值、摩擦系数和磨损量

方案	极限PV值N/mm².m/s	摩擦系数	磨损量mm
				方案1	3.2	0.16	0.030
方案2	3.5	0.14	0.025
				方案3	3.4	0.10	0.020
方案4	3.3	0.17	0.020
				方案5	3.4	0.14	0.025

通过以上数据可见，虽然减摩耐磨喷涂层1组分不同，五种方案的性能指标都达到改性聚四氟乙烯-青铜-钢背三层复合材料的摩擦磨损性能指标，综合所述本发明已经具备的摩擦磨损性能与改性聚四氟乙烯-青铜-钢背三层复合材料的摩擦磨损相仿，而在控制铜层厚度大小，降低成本，同时，在制作薄壁板材时加工简单而且结合强度等其他性能稳定。

Claims

1.一种三层复合自润滑板材，其特征在于所述板材是以冷轧钢板为基体(3)，以铜合金层(2)为中间层，以减摩耐磨喷涂层(1)为表层；

所述基体(3)是厚度为0.15-2.0mm的冷轧钢板；

所述铜合金层(2)是厚度为0.02-0.1mm的铜合金板；

所述减摩耐磨喷涂层(1)的厚度为0.01-0.1mm。

2.如权利要求1所述的三层复合自润滑板材，其特征在于所述减摩耐磨喷涂层(1)的组份按质量百分比为：二硫化钼5-25％、石墨5-15％、氧化铝微粉0-1.0％、聚四氟乙烯微粉0-10％、固化剂1-10％、增韧剂1-5％、余量为环氧树脂；

所述固化剂为脂肪胺类固化剂,或为咪唑类潜伏性固化剂；

所述增韧剂为聚酰胺树脂,或为丁腈橡胶树脂；

所述环氧树脂为双酚A类环氧树脂,或为双酚F类环氧树脂，环氧值≥0.40。

3.一种权利要求2所述的三层复合自润滑板材的制造方法，其特征在于是按如下步骤进行：

3.1、制备钢覆铜板材：

3.1.1、表面处理：

按所需规格剪切冷轧钢板，然后将所述冷轧钢板与铜合金板复合的表面用清洗打磨机进行打磨处理或者喷砂处理；

3.1.2、轧制：将冷轧钢板与铜合金板叠放在一起，采用双辊轧机进行轧制，冷轧钢板和铜合金板总体厚度压下率在40-60％之间，保证铜合金层(2)的厚度为0.02-0.1mm，得钢覆铜板材；

3.1.3、扩散退火处理：将步骤3.1.2所得钢覆铜板材在真空炉内，保证真空度在0.4-0.8MPa下进行扩散退火处理，温度在600-800℃，保温1-2小时后随炉冷却，得钢覆铜板；

3.2、钢覆铜板表面处理：

对于步骤3.1.3所得的钢覆铜板，首先采用清洗剂清洗表面油脂及污物，再通过喷砂除锈，使钢覆铜板中铜合金层(2)的表面清洁度达到Sa2.5，表面粗糙度达到Ry60～100μｍ，得钢覆铜板坯料；

3.3、制备减摩耐磨喷涂层(1)的涂料：

根据减摩耐磨喷涂层(1)的组份按质量百分比称取各物料，各物料的总体积为V；

按各物料总体积V的体积百分比60％称量有机溶剂，有机溶剂的组份和体积百分比是：吡咯烷酮∶丙酮∶甲乙酮=20∶60∶20；

3.4、表面喷涂：

3.4.1、采用空气喷涂方式进行表面喷涂，用喷枪将涂料均匀喷涂在步骤3.2所得的钢覆铜板坯料的铜合金层(2)的表面；

3.4.2、按如下过程固化：升温至80℃保温30分钟，继续升温至120℃保温20分钟，继续升温至140℃保温20分钟，再升温至180℃保温60分钟，最后随炉冷却至室温；

3.4.3、精轧：将固化后的板材进行精轧，厚度轧下量为0.02-0.12mm；保持减摩耐磨喷涂层(1)的厚度为0.01-0.1mm；

3.4.4、校平：精轧后的板材经校平机校平。