CN103849310A

CN103849310A - 一种在铝基轴瓦上制备固体润滑涂层的方法

Info

Publication number: CN103849310A
Application number: CN201210497806.7A
Authority: CN
Inventors: 易戈文; 贾均红; 张晓亮; 张克金; 米新艳
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2032-11-29
Also published as: CN103849310B

Abstract

本发明公开了一种在铝基轴瓦上制备固体润滑涂层的方法。本发明选择一种适宜的涂料，将其涂敷在铝基轴瓦表面形成固化涂层。该涂层与金属铝合金基底具有良好附着力，能在260℃以下长期使用；该涂层具有良好润滑性和抗磨性能，能显著降低铝基轴瓦合金层的摩擦系数，减少轴瓦和曲轴在混合摩擦及无润滑油状态下的擦伤、咔咬和烧瓦现象，解决传统铝基轴瓦的耐磨性不足和抗咬合性差等问题，提高轴瓦应急运行能力和使用寿命。

Description

一种在铝基轴瓦上制备固体润滑涂层的方法

技术领域

本发明涉及一种在铝基轴瓦上制备固体润滑涂层的方法，属于复合材料制备及涂层技术领域。

背景技术

随着现代工业的发展，发动机功率、压缩比和转速指标要求越来越高，尤其是起-停装置和混合动力技术的应用使轴瓦承受频繁的起-停工作，导致轴瓦磨损增大并快速失效，从而要求轴瓦具有良好的自润滑和更高的耐磨性能。传统的钢背+减摩合金层+镀层结构的三金属轴瓦的缺点是其软覆层耐磨性不足，覆层一旦被损伤，硬的中间镍栅层会导致轴瓦很快失去应急运行能力。

近几年，为了提高轴瓦承载能力、耐磨性和服役性能，世界各大轴瓦公司均在努力开发新型发动机轴瓦用自润滑固体润滑材料。如美国Federal-Mogul公司开发出基于复合自润滑添加剂的自润滑聚合物涂层(IROX^TM)，可施涂于铝合金轴瓦表面，其聚合物涂层轴瓦的耐磨性比PVD AlSn20Cu镀层的G499轴瓦提高近4倍，与各种铝合金轴瓦、电镀轴瓦及PVD轴瓦相比，其磨损值最小，有效解决了发动机轴瓦的起-停磨损。但因商业信息保密及资金、技术投入等原因，国际上很少公开发表与此相关的最新研究结果。我国同类产品的研发还处于开始阶段，CN 101629601B公开了一种高分子耐磨轴瓦，涉及到由聚酰胺酰亚胺复合聚酯和二硫化钼组成的金属轴瓦用高分子耐磨层，使轴瓦的使用寿命有所提高，但该发明专利更侧重于轴瓦金属层的配方设计和制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在铝基轴瓦上制备固体润滑涂层的方法，解决传统铝基金属轴瓦的耐磨性不足和抗咬合性差等问题。

本发明提供的技术方案：

本发明通过在铝基轴瓦表面涂覆含固体润滑相的有机/无机复合材料，使金属间的摩擦接触改变为金属和聚合物基固体润滑材料之间的摩擦接触，从而减少了铝基轴瓦的磨损和卡咬，提高轴瓦应急运行能力和使用寿命。我们选择一种适宜的涂料，将其涂敷在铝基轴瓦表面，固化形成具有良好结合力的固体润滑涂层。

一种在铝基轴瓦上制备固体润滑涂层的方法，其特征在于该方法包括：

A、涂料质量百分比组成：六方氮化硼3.0-10.0%、石墨0-2.0%、三氟化铈0.1-2.0%、金属氧化物颜料1.0-5%、聚酰胺酰亚胺5.0-20.0%、有机硅树脂0.1-1.0%以及有机溶剂余量；

B、固体润滑涂层的制备方法：将六方氮化硼、石墨、三氟化铈、金属氧化物颜料和有机溶剂的混合物研磨分散后加入聚酰胺酰亚胺、有机硅树脂以及余量的有机溶剂，混合搅拌均匀得到涂料，再用喷枪将涂料均匀喷涂在洁净的铝基金属轴瓦表面，静置10-30分钟表干后在280±10℃下固化2-3小时，冷却至室温，得到铝基轴瓦用固体润滑涂层。

本发明所述的有机溶剂由二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯酮和二甲基甲酰胺中的任意一种，和醋酸乙酯、乙酰苯胺、丙酮、芳烃溶剂、环己酮中的一种组成。

本发明所述的二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯酮或二甲基甲酰胺与醋酸乙酯、乙酰苯胺、丙酮、芳烃溶剂或环己酮的重量比为0.6-4:1。

本发明所述的六方氮化硼、石墨、三氟化铈和金属氧化物颜料三种组分，均为颗粒度小于 30um的粉体。

本发明所述的金属氧化物颜料选自二氧化钛、三氧化二铁、钛镍黄(成分为Ti-Ni-Sb-O)、钛铬棕(成分为Ti-Sb-Cr-O)、钴蓝(主要成分为Co(AlO₂)₂)、钛钴绿(成分为Co-Ti-Ni-Zn-O)中的任意一种或几种。

本发明所述的有机硅树脂，为硅含量大于等于50wt%的液体。

本发明所述的聚酰胺酰亚胺为固体粉末。

本发明的在铝基轴瓦上制备固体润滑涂层的主要指标及国外同类产品(IROX^TM)对比如表1：

表1

从表1看出，无论是干摩擦还是在油润滑状态下，本发明涂层的润滑性能均优于IROX^TM。

本发明在铝基轴瓦上制备的固体润滑涂层与铝合金基底具有良好附着力，能在260℃以下长期使用；该涂层具有良好润滑性和抗磨性能，显著降低铝合金层的摩擦系数，解决传统铝基轴瓦的耐磨性不足、抗咬合性差和烧瓦现象等问题，提高轴瓦在混合摩擦（启停工况及低机油粘度）和无油状态下的应急运行能力、耐磨及服役性能；满足高性能发动机的更新换代要求。

本发明在铝基轴瓦上制备固体润滑涂层适用于长期使用温度≤260℃的各种金属轴瓦铝基底表面的润滑和磨损降低，如用于汽车、飞机、轮船和机械设备上支撑滑动轴承的金属轴瓦铝基表面。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明要求的保护范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1

称取100克六方氮化硼、15克三氟化铈、33克三氧化二铁放入研磨罐中，再加入72克有机溶剂混合研磨，然后加入215克聚酰胺酰亚胺、5克有机硅树脂和650克有机溶剂，混合搅拌均匀得到铝基轴瓦用固体润滑涂料(有机溶剂：N-甲基吡咯酮和芳烃溶剂按重量比为3:1的混合物)；再用喷枪将该涂料均匀喷涂在洁净的铝基金属轴瓦表面，静置10-30分钟表干后放入烘箱，在280±10℃下保温2-3小时，冷却到室温，得到铝基轴瓦表面固体润滑涂层。

实施例2

六方氮化硼8.0%、三氟化铈0.5%、二氧化钛5.0%、聚酰胺酰亚胺15.0%、有机硅树脂0.8%、有机溶剂余量(N-甲基吡咯酮和芳烃溶剂按重量比为3:1的混合物)；方法同实施例1。

实施例3

六方氮化硼7.0%、石墨1.0%、三氟化铈2.0%、三氧化二铁1.0%、聚酰胺酰亚胺20.0%、有机硅树脂0.1%、有机溶剂余量(N-甲基吡咯酮和丙酮按重量比为1:1.5的混合物)；方法同实施例1。

实施例4

六方氮化硼3.0%、石墨2.0%、三氟化铈0.2%、钛镍黄(Ti-Ni-Sb-O) 5.0%、聚酰胺酰亚胺11.0%、有机硅树脂0.2%、有机溶剂余量(二甲基乙酰胺和芳烃溶剂按重量比为2:1的混合物)；方法同实施例1。

实施例5

六方氮化硼10.0%、三氟化铈1.0%、钛铬棕(Ti-Sb-Cr-O)1.0%、聚酰胺酰亚胺14.0%、有机硅树脂0.5%、有机溶剂余量(二甲基亚砜和环己酮按重量比为3:1的混合物)；方法同实施例1。

实施例6

六方氮化硼10.0%、三氟化铈1.5%、三氧化二铁3.0%、聚酰胺酰亚胺17.0%、有机硅树脂0.5%、有机溶剂余量(二甲基亚砜和环己酮按重量比为3:1的混合物)；方法同实施例1。

实施例7

六方氮化硼10.0%、三氟化铈1.5%、钴蓝(Co(AlO₂)₂)3.0%、聚酰胺酰亚胺10.0%、有机硅树脂0.2%、有机溶剂余量(二甲基甲酰胺和醋酸乙酯按重量比为4:1的混合物)；方法同实施例1。

实施例8

六方氮化硼4.0%、三氟化铈0.2%、二氧化钛2.0%、钛钴绿(Co-Ti-Ni-Zn-O) 1.0%、聚酰胺酰亚胺8.0%、有机硅树脂0.2%、有机溶剂余量(二甲基甲酰胺和乙酰苯胺按重量比为3:1的混合物)；方法同实施例1。

Claims

1.一种在铝基轴瓦上制备固体润滑涂层的方法，其特征在于该方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于有机溶剂由二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯酮和二甲基甲酰胺中的任意一种，和醋酸乙酯、乙酰苯胺、丙酮、芳烃溶剂、环己酮中的一种组成。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯酮或二甲基甲酰胺与醋酸乙酯、乙酰苯胺、丙酮、芳烃溶剂或环己酮的重量比为0.6-4:1。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于六方氮化硼、石墨、三氟化铈和金属氧化物颜料三种组分，均为颗粒度小于 30um的粉体。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于金属氧化物颜料选自二氧化钛、三氧化二铁、钛镍黄、钛铬棕、钴蓝、钛钴绿中的任意一种或几种。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于有机硅树脂，为硅含量大于等于50wt%的液体。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于聚酰胺酰亚胺为固体粉末。