CN103666189B - 一种耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料及其制备方法，该涂料由粘结剂，润滑耐磨剂，助剂以及混合溶剂组成，粘结剂采用聚醚醚酮树脂，润滑耐磨剂采用聚四氟乙烯、二硫化钼和石墨，助剂采用三聚氰氨三聚氰酸酯络合物、氧化铅和氧化稀土，混合溶剂为蒸馏水、乙醇和丁醇的混合物，用本发明的涂料制成涂层，具有环境友好、超高承载、对润滑油介质有良好适应性，并具有耐冲击、耐高温烧蚀及长寿命等优良性能，以及粘结强度高，柔韧性好，耐化学腐蚀、耐介质等优异功能一体化性能，可以用于高承载关节轴承、齿轮/轴等传动系统零部件上作为耐介质、耐冲击、耐高温烧蚀及长寿命的自润滑耐磨涂料使用。
Description
技术领域
本发明属于涂料组合物领域，具体涉及耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料，还涉及该耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料的制备方法。
背景技术
重型装备、汽摩、机械等在干摩擦及长期缺油/油润滑不良情况下，关节轴承、气缸活塞、齿轮/轴传动系统继续运转，导致部件表面温度升高，部件烧结拉伤，以至于关键零部件失效，从而使设备工作寿命缩短，设备能耗及成本大大增加。如果在摩擦零件上涂敷一层环保型耐高温自润滑耐磨涂料不仅能提高关节轴承、气缸活塞、齿轮/轴传动系统抗冲击承载能力，还能自润滑减摩、耐高温烧蚀，降低能耗，延长设备的工作寿命。专利号为ZL98126489.1、ZL94116246.X及ZL03140835.4的中国专利公开了防粘耐磨涂料，具有寿命长、摩擦系数低等优点，但涂料具有耐高温性差、抗冲击和抗承载能力较低、耐润滑油介质性差等缺点。因此不能广泛适用于高冲击负荷、高速、高温、润滑油介质复合等较苛刻工况，不能广泛满足民用装备及其机械传动部件所需求的具有耐油介质、耐冲击、耐高温烧蚀、自润滑耐磨涂料。
因此，急需一种具有耐油介质、耐冲击、耐高温烧蚀、自润滑耐磨涂料，满足民用装备及其机械传动部件的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种耐油介质、耐冲击、耐高温烧蚀、自润滑耐磨的涂料，其综合性能不低于GJB150-86及美军标MIL-L-0046010E的水平；本发明的目的之二在于提供涂料的制备方法，其制备方法简单。
为实现上述发明目的，提供如下技术方案：
1.本发明的涂料，具有耐冲击、耐高温烧蚀、自润滑耐磨等优点，由粘结剂，润滑耐磨剂，助剂及混合溶剂组成，其中粘结剂选用聚醚醚酮树脂，其中润滑耐磨剂选用聚四氟乙烯、二硫化钼和石墨，助剂选用三聚氰氨三聚氰酸酯络合物、氧化铅、氧化稀土，混合溶剂为蒸馏水和乙醇、丁醇的混合物。按质量份计各组份用量如下：聚醚醚酮树脂100份、聚四氟乙烯15～30份、二硫化钼10～20份、石墨4～10份、三聚氰氨三聚氰酸酯络合物0.3～2.5份、氧化铅2.1～5.2份、氧化稀土0.3～2.0份、蒸馏水145～182份、乙醇65～98份和丁醇30～45份。
优选的，所述的涂料按质量份计由如下组分组成：聚醚醚酮树脂100份、聚四氟乙烯15份、二硫化钼10份、石墨6.0份、三聚氰氨三聚氰酸酯络合物0.3份、氧化铅2.1份、氧化稀土0.3份、蒸馏水145份、乙醇98份和丁醇30份。
优选的，所述的涂料按质量份计由如下组分组成：聚醚醚酮树脂100份、聚四氟乙烯25份、二硫化钼20份、石墨4.0份、三聚氰氨三聚氰酸酯络合物1.4份、氧化铅3.1份、氧化稀土1.6份、蒸馏水182份、乙醇65份和丁醇45份。
优选的，所述的涂料按质量份计由如下组分组成：聚醚醚酮树脂100份，聚四氟乙烯30份，二硫化钼16份，石墨10.0份，三聚氰氨三聚氰酸酯络合物2.5份，氧化铅5.2份，氧化稀土2.0份，蒸馏水163份，乙醇70份和丁醇36份。
更优选的，所述氧化稀土为氧化铈和氧化镧中的一种或者两种。
本发明所用的聚醚醚酮树脂，为乳白色水溶性分散液，其固含量20%（wt），粘度(η)0.3±0.01，固化后密度1.36g/cm3，结晶度指数50%，溶解指数(MI)1100～1600，熔点265℃，420℃～500℃不分解，化学交联后可耐热550℃，为优异的耐高低温粘结剂，其涂膜耐冲击、耐磨、附着力强，并且具有优异的耐化学介质及耐腐蚀性能。
本发明所用的润滑耐磨剂为聚四氟乙烯、二硫化钼和石墨。聚四氟乙烯为原粉经3.5×105Gy剂量射线辐照（辐照源60Coγ射线2.6×104Gy/h），分散性能优异，具很好润滑性，低摩擦。白色粉末，密度2.24g/cm3，粒度1.5～3.2μm，熔点285～335℃，摩擦系数0.07～0.11，化学稳定性好，不溶于水、稀酸。二硫化钼具很好润滑性，低摩擦及保留光泽性能，六方晶系结构，深灰粉末，密度4.8g/cm3，粒度3.0～5.0μm，熔点最低1480℃，低温特性-180℃润滑性良好，摩擦系数0.03～0.08，热膨胀系数10.7×10-6/K（基面），化学稳定性好，不溶于水、稀酸和浓硫酸。石墨为工业原料，黑色粉末，粒度2.0～3.0μm，于涂料中用作润滑耐磨剂。
本发明所用的助剂为三聚氰氨三聚氰酸酯络合物、氧化铅、氧化稀土。三聚氰氨三聚氰酸酯络合物，面型结构的晶体材料，滑腻感白色粉末，密度1.50g/cm3，粒度0.5～5.0μm，化学稳定性好，不溶于水、二甲基砜、醇、油，具有阻燃作用。氧化铅，红色粉末，密度9.53g/cm3，熔点880℃，粒度2.0～4.0μm，于涂料中用作抗氧化剂、抗极压添加剂。氧化稀土为氧化铈、氧化镧中的一种或两种；氧化铈淡黄色/褐色粉末，密度7.13g/cm3，熔点2397℃，粒度0.5～4.0μm；氧化镧白色无定形粉末，密度6.51g/cm3，熔点2217℃，粒度0.5～4.0μm；两者于涂料中用作防腐剂、高温润滑剂。
2.所述耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料的制备方法，包括如下步骤，将配方量的聚醚醚酮树脂、二硫化钼、石墨、三聚氰氨三聚氰酸酯络合物、氧化铅、氧化稀土、蒸馏水混合，研磨至平均粒度为2.5μm±0.5μm，记为混合物A；然后将配方量的聚四氟乙烯分散于乙醇和丁醇的混合溶剂中，记为混合物B，最后将混合物A和混合物B混合均匀制成涂料。
制成的涂料按如下方法喷涂：
A.将涂料搅拌均匀，在0.15-0.30Mpa氮气下将涂料喷涂于处理过的工件表面，喷枪距工件表面不小于20cm，喷枪与工件表面成80-90度角度；其处理过的工件为除水、除油、除污、除锈工件；
B．将喷涂好的工件分温段固化，具体为先在150℃条件下固化1.0小时，再在380℃条件下固化1.5小时即可。
其涂层理化特性如下：
本发明的有益效果在于：本发明的涂料具有环境友好、超高承载、对润滑油介质有良好适应性，并具有耐冲击、耐高温烧蚀长寿命等优良性能，以及粘结强度高、柔韧性好、耐化学腐蚀、耐介质等优异的一体化性能；采用玄武3号高温摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能及抗高温烧蚀性能，于200℃干摩擦高温工况下，涂层具有良好的抗烧蚀/自润滑耐磨性能，摩擦系数0.01～0.02、耐磨寿命大于140km；于400℃极限高温摩擦工况下，仍具有60min的极限“高温润滑耐磨”性能，摩擦系数0.02～0.07；于高速高载干摩擦工况及缺油/油润滑不良工况下（30MPa、1.31m/s），具有优异的减摩耐磨性能及涂层-油脂“复合润滑”性能：减摩性/摩擦系数0.02～0.06、耐磨寿命大于340km。适用于5μm～20μm不同膜厚、300℃环境温度、干摩擦及长期缺油/无润滑油作用工况要求下的高承载关节轴承、齿轮/轴等传动系统零部件上作为耐介质、耐冲击、耐高温烧蚀长寿命自润滑耐磨涂料使用。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：
图1为涂层于室温、高速、高载、干摩擦（30Mpa、1.31m/s）工况条件下检测结果。
图2为涂层于高速、高载、缺油润滑（30MPa、0.655m/s、6滴/30min间隔滴32#机油）工况下检测结果。
图3为涂层于200℃高温、干摩擦（23MPa、0.262m/s）工况下检测结果。
图4为涂层于400℃极限高温、干摩擦（23MPa、0.262m/s）工况下检测结果。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
一种耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料，按质量份计其配方如下：聚醚醚酮树脂100份、聚四氟乙烯15份、二硫化钼10份、石墨6.0份、三聚氰氨三聚氰酸酯络合物0.3份、氧化铅2.1份、氧化稀土0.3份、蒸馏水145份、乙醇98份和丁醇30份。
耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料的制备方法，包括如下步骤：
称取配方量的上述物料，将聚醚醚酮树脂、二硫化钼、石墨、三聚氰氨三聚氰酸酯络合物、氧化铅、氧化镧、蒸馏水混合，研磨至平均粒度为2.5μm±0.5μm，记为混合物A；然后将聚四氟乙烯分散于乙醇和丁醇的混合溶剂中，记为混合物B，最后将混合物A和混合物B混合均匀制成涂料；
喷涂：
A.将涂料搅拌均匀，在0.15-0.30Mpa氮气（或无油压缩空气）下将涂料喷涂于处理过的工件表面，喷枪距工件表不小于20cm，喷枪与工件表面成80-90度角度；需不同膜厚的涂层应分多次喷涂，每次间隔时间相同；
B.将喷涂好的工件置于茂福炉内，分温段固化：先在150℃条件下固化1.0小时；再在380℃条件下固化1.5小时，待工件自然冷却后即可装配使用。
采用国产玄武3号高温摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能及抗高温烧蚀性能：在温度为18-28℃、干摩擦（涂层膜厚20μm，比负荷30MPa，速度1.31m/s）条件下检测，结果如图1所示，结果表明涂层耐磨寿命为340km，摩擦系数为0.04-0.06，其摩擦副工作面温升仅为60-65℃。于高速、高载、缺油不良工况下（0.655m/s、30MPa、6滴/30min间隔滴32#机油）检测，结果如图2所示，结果表明涂层-油脂“复合润滑”耐磨寿命470km，摩擦系数0.02～0.04，其摩擦副工作面温升仅为40-50℃。于200℃高温、干摩擦（23MPa、0.262m/s）工况下检测结果如图3所示，结果显示，耐磨寿命大于145km，摩擦系数0.01～0.02；400℃极限高温、干摩擦（23MPa、0.262m/s）工况下检测结果如图4所示，结果表明，摩擦系数0.04～0.07，并具有60min的极限“高温自润滑耐磨”性能。
实施例2
一种耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料，按质量份计其配方如下:聚醚醚酮树脂100份、聚四氟乙烯25份、二硫化钼20份、石墨4.0份、三聚氰氨三聚氰酸酯络合物1.4份、氧化铅3.1份、氧化稀土1.6份、蒸馏水182份、乙醇65份和丁醇45份。
一种耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料的制备方法，包括如下步骤：
称取配方量的上述物料，将聚醚醚酮树脂、二硫化钼、石墨、三聚氰氨三聚氰酸酯络合物、氧化铅、氧化铈、蒸馏水混合，研磨至平均粒度为2.5μm±0.5μm，记为混合物A；然后将聚四氟乙烯分散于乙醇与丁醇的混合溶剂中，记为混合物B；最后将混合物A和混合物B混合均匀制成涂料。
喷涂步骤与实施例1相同。
采用国产玄武3号高温摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能及防高温烧蚀性能：在室温、干摩擦条件下（涂层膜厚20μm，比负荷30MPa，速度1.31m/s），其涂层耐磨寿命为356km，摩擦系数为0.045；于高速、高载、缺油不良工况下（30MPa、0.655m/s、6滴/30min间隔滴32#机油），其涂层-油脂“复合润滑”耐磨寿命460km，摩擦系数0.03～0.04。于200℃高温、干摩擦（23MPa、0.262m/s）工况下，涂层耐磨寿命为141km，摩擦系数为0.015；400℃极限高温、干摩擦（23MPa、0.262m/s）工况下，摩擦系数0.03～0.05，并具有70min的极限“高温自润滑耐磨”性能。
实施例3
一种耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料，按质量份计其配方如下:聚醚醚酮树脂100份，聚四氟乙烯30份，二硫化钼16份，石墨10.0份，三聚氰氨三聚氰酸酯络合物2.5份，氧化铅5.2份，氧化稀土2.0份，蒸馏水163份，乙醇70份和丁醇36份。
一种耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料的制备方法，包括如下步骤：
称取配方量的上述物料，将聚醚醚酮树脂、二硫化钼、石墨、三聚氰氨三聚氰酸酯络合物、氧化铅、氧化铈、蒸馏水混合，研磨至平均粒度为2.5μm±0.5μm，记为混合物A；然后将聚四氟乙烯分散于乙醇与丁醇的混合溶剂中，记为混合物B；最后将混合物A和混合物B混合均匀制成涂料。
涂料步骤与实施例1和2相同。
采用国产玄武3号高温摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能及防高温烧蚀性能：在室温、干摩擦条件下（涂层膜厚20μm，比负荷30MPa，速度1.31m/s），其涂层耐磨寿命为348km，摩擦系数为0.05；于高速、高载、缺油不良工况下（30MPa、0.655m/s、6滴/30min间隔滴32#机油），其涂层-油脂“复合润滑”耐磨寿命463km，摩擦系数0.02～0.03。于200℃高温、干摩擦（23MPa、0.262m/s）工况下，涂层耐磨寿命为147km，摩擦系数为0.015-0.02；400℃极限高温、干摩擦（23MPa、0.262m/s）工况下，摩擦系数0.04～0.07，并具有65min的极限“高温自润滑耐磨”性能。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (7)
1.一种耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料，其特征在于，按质量份计由如下组分组成：聚醚醚酮树脂100份、聚四氟乙烯15～30份、二硫化钼10～20份、石墨4～10份、三聚氰胺三聚氰酸酯络合物0.3～2.5份、氧化铅2.1～5.2份、氧化稀土0.3～2份、蒸馏水145～182份、乙醇65～98份和丁醇30～45份。
2.根据权利要求1所述的耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料，其特征在于，按质量份计由如下组分组成：聚醚醚酮树脂100份、聚四氟乙烯15份、二硫化钼10份、石墨6.0份、三聚氰胺三聚氰酸酯络合物0.3份、氧化铅2.1份、氧化稀土0.3份、蒸馏水145份、乙醇98份和丁醇30份。
3.根据权利要求1所述的耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料，其特征在于，按质量份计由如下组分组成：聚醚醚酮树脂100份、聚四氟乙烯25份、二硫化钼20份、石墨4份、三聚氰胺三聚氰酸酯络合物1.4份、氧化铅3.1份、氧化稀土1.6份、蒸馏水182份、乙醇65份和丁醇45份。
4.根据权利要求1所述的耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料，其特征在于，按质量份计由如下组分组成：聚醚醚酮树脂100份，聚四氟乙烯30份，二硫化钼16份，石墨10份，三聚氰胺三聚氰酸酯络合物2.5份，氧化铅5.2份，氧化稀土2份，蒸馏水163份，乙醇70份和丁醇36份。
5.根据权利要求1-4任一项所述的耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料，其特征在于：所述氧化稀土为氧化铈和氧化镧中的一种或者两种。
6.权利要求1-5任一项所述耐冲击耐高温烧蚀自润滑耐磨涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，将配方量的聚醚醚酮树脂、二硫化钼、石墨、三聚氰胺三聚氰酸酯络合物、氧化铅、氧化稀土、蒸馏水混合，研磨至平均粒度为2.5μm±0.5μm，记为混合物A；然后将配方量的聚四氟乙烯分散于乙醇和丁醇的混合溶剂中，记为混合物B，最后将混合物A和混合物B混合均匀制成涂料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：
将涂料搅拌均匀，在0.15-0.30Mpa氮气下将涂料喷涂于处理过的工件表面，喷枪距工件表面不小于20cm，喷枪与工件表面成80-90度角度；然后将喷涂好的工件分温段固化，具体为先在150℃条件下固化1.0小时，再在380℃条件下固化1.5小时即可。
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Owner name: CHONGQING INSTITUTE OF GREEN AND INTELLIGENT TECHN Free format text: FORMER OWNER: CHONGQING INSTITUTE OF GREEN AND INTELLIGENT TECHNOLOGY Effective date: 20140911 |
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