CN102816518A - 一种碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够作为润滑涂层材料使用的耐腐蚀、耐磨耗、高强度的碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料，包括聚酰胺-酰亚胺或聚酰亚胺树脂溶液、聚四氟乙烯、润滑剂、耐磨添加剂、碳纤维、分散剂、流平剂、溶剂。本发明的涂层材料可以在高温高压的工作环境中工作，耐腐蚀，耐磨耗，摩擦系数低，耐高低温性能优良，能显著延长被保护器件的使用寿命，降低摩擦功耗，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种干膜润滑涂层材料，更具体的讲，本发明涉及一种以聚酰亚胺或聚酰胺-酰亚胺树脂为基体树脂的干膜润滑剂，该干膜润滑剂适合用作金属器件表面的润滑涂层，可广泛应用于机械制造等工业领域。
背景技术
固体润滑材料的润滑机理主要是依靠材料本身或其转移膜的低剪切特性而具有优良的抗磨和减磨的作用。作为一类新型润滑材料，固体润滑材料在性能上极大地突破了传统材料的使用极限，这就为解决现代高技术机械急需解决的耐高低温、超高真空、强辐射、高速高负载、特殊介质等典型特殊工况条件下的摩擦磨损问题提供了强有力的技术支持，同时也为提高机械的稳定性和可靠性奠定了重要的基础，现在其应用范围已由航空、航天军工技术转向汽车机械等民用行业。
干膜润滑剂和通常使用的油、脂不同，它是不能补充的，在干摩擦条件下，它的润滑作用主要靠粘附在底材上的一层厚度为几微米至几十微米厚的薄膜，一旦膜被磨穿，润滑便失效。因此，提高干膜的摩擦性能和延长其使用寿命，便是研制干膜润滑剂的主要研究方向。
干膜润滑剂的性能是由其配方和使用条件决定，在干膜中常用的固体润滑剂有二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨、氮化硼等，在报导的干膜润滑剂资料中，单纯应用石墨、二硫化钼或聚四聚乙烯的润滑剂的摩擦系数偏高，尤其是在重负荷、高压力工作环境下很快就会磨光，耐磨损性能不能令人满意。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，通过高强度碳纤维的增强抗磨和纳米粒子的复合作用制得碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料。该涂层材料可以在高温高压的工作环境中工作，耐腐蚀，耐磨耗，摩擦系数低，耐高低温性能优良，能显著延长金属器件使用寿命，降低摩擦功耗，具有良好的应用前景。经试验检测和客户应用，该复合润滑材料的性能较之以往的干膜润滑剂抗磨性能大大提高（提高20%以上），被保护器件寿命大大延长，节能降耗效益明显。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料，其组成按重量份计：
其中所述聚酰胺-酰亚胺或聚酰亚胺树脂溶液为固含量25-35%的溶液。
所述的聚四氟乙烯为白色固体粉末，粒径为0.3-10微米。
所述的润滑剂为石墨、氧化铅或金属硫化物中的一种或几种，优选采用石墨、二硫化钼。
所述的耐磨添加剂为纳米级三氧化二锑、氧化铜、氮化硼、碳化硅、二氧化钛中的一种或几种，优选采用纳米级碳化硅、纳米级二氧化钛。
碳纤维为高强度碳纤维，长度范围2-300微米。
分散剂为改性有机硅类分散剂。
流平剂为有机硅类流平剂。
溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲苯、二甲基甲酰胺中的一种或几种。
本发明的碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料由树脂粘结剂、聚四氟乙烯、润滑剂、耐磨添加剂、碳纤维、分散剂、流平剂及溶剂组成。粘结剂选用耐热性、柔韧性、储存期均佳的聚酰亚胺或聚酰胺-酰亚胺树脂，润滑剂为石墨、二硫化钼等或其混合物，耐磨添加剂为纳米级三氧化二锑、氧化铜、氮化硼、二氧化钛或其混合物。为保证高的耐磨性，里面添加了高强度碳纤维。分散剂和流平剂采用改性有机硅树脂，其作用是加入到体系中去可以降低固--液界面的表面张力，使固体粒子较均匀地分散在涂料体系中。
本发明的有益效果是，本发明的碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料通过研磨并分散混合制得，经过喷涂或丝网印刷于器件表面经高温固化后形成固体润滑膜来进行使用。本发明的干膜可用作平面导轨、平面滑动轴承、办公机械如打字机、复印件、纺织机械、家电产品、滑轨、转动轴、发动机活塞等滑动摩擦件的润滑耐磨涂层，可降低摩擦，减少零部件的磨损。本发明在中等负荷条件下和航空煤油配合使用，可得到良好的润滑效果，减少磨合期内零件的磨损，降低摩擦或缩短磨合期。如应用于发动机活塞，活塞寿命可比较一般的固体润滑膜提高20%以上，摩擦系数降低20%以上，并且可以在高温高压工作环境中使用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
一种碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料，其原料的重量配比为：聚酰胺-酰亚胺溶液50g、聚四氟乙烯10g、石墨2g、二硫化钼5g、硫化锌1g、纳米二氧化钛5g、碳纤维1g、分散剂0.025g、流平剂0.025g。研磨并分散均匀。经丝网印刷后于200℃经过1小时固化后性能测试。
实施例2：
一种碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料，其原料的重量配比为：聚酰亚胺溶液50g、聚四氟乙烯5g、石墨5g、二硫化钼10g、氧化铅1g、硫化锌1g、三氧化二锑2g、纳米二氧化钛5g、碳纤维5g、分散剂0.1g、流平剂0.1g。研磨并分散均匀。经丝网印刷后220℃经过1小时固化后性能测试。
实施例3：
一种碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料，其原料的重量配比为：聚酰亚胺溶液50g、石墨15g、氧化铅1g、硫化锌1g、三氧化二锑2g、碳化硅3g、纳米二氧化钛5g、碳纤维10g、分散剂0.2g、流平剂0.2g、二甲基甲酰胺100g。研磨并分散均匀。经喷涂后180℃2小时固化后性能测试。
实施例4：
一种碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料，其原料的重量配比为：聚酰亚胺溶液50g、石墨10g、二硫化钼3g、氧化铅1g、硫化锌1g、三氧化二锑1g、氮化硼1g、纳米二氧化钛5g、碳纤维5g、分散剂0.2g、流平剂0.2g、N-甲基吡咯烷酮100g、二甲苯50g。研磨并分散均匀。经喷涂后180℃2小时固化后进行性能测试。
与美国道康宁具有代表性和广泛性的干膜润滑产品D10进行干摩擦下摩擦磨损性能测试和油润滑下摩擦性能测试以及应用于发动机活塞后进行台架上机实验性能测试，其中台架试验在某汽油机中进行的活塞冷起动实验：发动机在温度为-10℃的环境下起动，四分钟之内升至全负荷工况，循环50次，实验完成后，发动机进行拆机，对活塞的裙部进行磨损厚度测量。结果对比如表1：
表1
从检测结果，该抗磨涂层性能优异。此外我们进行了发动机活塞能耗实验，其燃油经济性也有明显提高。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料，其特征在于：其组成按重量份计，
其中所述聚酰胺-酰亚胺或聚酰亚胺树脂溶液为固含量25-35%的溶液。
2.根据权利要求1所述的碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料，其特征在于：所述的聚四氟乙烯为白色固体粉末，粒径为0.3-10微米。
3.根据权利要求1所述的碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料，其特征在于：所述的润滑剂为石墨、氧化铅或金属硫化物中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料，其特征在于：所述的润滑剂为石墨或二硫化钼。
5.根据权利要求1所述的碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料，其特征在于：所述的耐磨添加剂为纳米级三氧化二锑、氧化铜、氮化硼、碳化硅、二氧化钛中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料，其特征在于：所述的耐磨添加剂为纳米级碳化硅或纳米级二氧化钛。
7.根据权利要求1所述的碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料，其特征在于：碳纤维为高强度碳纤维，长度范围2-300微米。
8.根据权利要求1所述的碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料，其特征在于：分散剂为改性有机硅类分散剂。
9.根据权利要求1所述的碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料，其特征在于：流平剂为有机硅类流平剂。
10.根据权利要求1所述的碳-碳复合纳米基耐磨涂层材料，其特征在于：溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲苯、二甲基甲酰胺中的一种或几种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20121212 |