CN105349980B - 一种钢铁工件表面自润滑薄膜的原位合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢铁工件表面自润滑薄膜的原位合成方法，具体步骤如下：将钢铁工件浸入含羟基的烷基磷酸酯的溶液中，然后加热至50～65℃，恒温保持6～8小时，取出钢铁工件清洗表面未反应的磷酸酯，烘干，得到表面含有自润滑膜的钢铁工件。利用本发明的方法合成的自润滑膜为柔性有机磷化软膜，该膜具有半流动性和自我修复的功能，同时还具有良好的自润滑和防锈蚀功能，能够用于机械行业的钢铁工件加工和防护。

Description

一种钢铁工件表面自润滑薄膜的原位合成方法
技术领域
本发明属于材料加工领域，具体涉及一种钢铁工件表面自润滑薄膜的原位合成方法。
背景技术
钢铁工件浸入磷化液(某些酸式磷酸盐为主的溶液)，在表面沉积形成一层不溶于水的结晶型磷酸盐转换膜的过程，称之为磷化。磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化膜具有耐蚀、润滑、减摩耐磨等特性，因此磷化的目的主要是：给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力；在金属冷加工工艺中还能起一定的减摩润滑使用。
绝大部分的机械转动都离不开轴承和齿轮，而轴承和齿轮的好坏(或使用寿命的长短)除了与制造轴承的材料和加工精度有关以外，还与其润滑好坏有直接的关系。根据轴承行业的分析，40％左右的轴承和齿轮损坏都与润滑不良有关。润滑对轴承和齿轮的疲劳寿命和摩擦、磨损、温升、振动等有重要影响，可以说没有正常的润滑，轴承和齿轮几乎就不能正常的工作。轴承和齿轮的润滑通常包括油润滑、脂润滑和固体润滑，近年来兴起的自润滑就是一种固体润滑。由于自润滑具有耐候性好和节能的优点，使其逐渐成为机械行业和摩擦与润滑领域研究的重点和热点问题。
自润滑分为复合材料自润滑，固体镶嵌自润滑，双金属材料自润滑，特殊材料自润滑。由于特殊生产工艺的要求，工矿企业的某些关键设备在极为恶劣的工况下运行。由于设备重、环境温度高，粉尘大或空气中含酸性腐蚀气体CO2，SO2等，对设备的润滑带来很多问题，摩擦磨损严重，截止目前为止，国内上述企业大部分仍沿用传统的油、脂润滑，而事实上这些工矿条件已超出了油、脂润滑的范围，极易发生轴承及其他摩擦副的咬伤或咬死，引起严重的零件磨损和损坏，经常性地导致设备停运。为了生产连续运行，除在原始设计上要求安装多台设备轮修外，还须投入大量维修人员。严重地限制着生产率的提高，备品备件和能源消耗极大，已成为发展生产的重要障碍。汽车制造、水泥生产、石油化工等企业都提出了提供复杂工况条件下特种润滑材料要求。
目前的钢铁磷化(亦称发黑)所得到的是一层表面硬膜，其缺陷是在受力的过程中易碎，一旦碎裂，不但丧失耐磨能力，还会失去耐锈蚀能力。因此本发明正是针对这一情况，拟用化学的方法在钢铁摩擦副表面原位合成一薄层柔性有机磷化软膜，该膜不但克服了传统磷化硬模的以上缺点，还将具有润滑脂的减摩性和自我修复功能，必将给钢铁摩擦副带来更好的润滑和保护。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢铁工件表面自润滑薄膜的原位合成方法，通过采用原位合成的方法在钢铁摩擦副表面原位合成一薄层柔性有机磷化软膜——烷基磷酸铁，
其分子结构为
该膜具有半流动性和自我修复功能，不但克服了传统磷化硬模的以上缺点，还将具有润滑脂的减摩性和自我修复功能。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种钢铁工件表面自润滑薄膜的原位合成方法，将钢铁工件浸入含羟基的烷基磷酸酯的溶液中，然后加热至50～65℃，恒温保持6～8小时，取出钢铁工件清洗表面未反应的磷酸酯，烘干，得到表面含有自润滑膜的钢铁工件。
优选的，所述含羟基的烷基磷酸酯的溶液的质量百分比为60～80％。
优选的，所述含羟基的烷基磷酸酯为月桂基磷酸单酯、月桂基磷酸双酯或十六烷基磷酸单(或双)酯。
优选的，所述清洗为用水或体积分数低于20％的乙醇溶液清洗。
本发明的有益效果在于：本发明公开一种钢铁工件表面原位合成自润滑膜的方法，该膜具有半流动性特点，因而使其具备了一定的自我修复功能，不但克服了传统磷化硬模易脆裂剥落的缺点，还具有良好的自润滑和防锈蚀功能；通过前期的在轴承表面的实验研究发现，该薄膜可以使轴承的疲劳寿命提高一倍以上，尤其在缺油(润滑油)状态下比没有该膜的轴承优势更明显。
具体实施方式
下面将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
一种钢铁工件表面自润滑薄膜的原位合成方法，将钢铁工件浸入质量百分比为60％的月桂基磷酸单酯的溶液中，然后加热至50℃，恒温保持8小时，取出钢铁工件用水清洗表面未反应的磷酸酯，烘干，得到表面含有自润滑膜的钢铁工件。
实施例2
一种钢铁工件表面自润滑薄膜的原位合成方法，将钢铁工件浸入质量百分比为70％的月桂基磷酸双酯的溶液中，然后加热至60℃，恒温保持7小时，取出钢铁工件用体积分数为20％的乙醇溶液清洗表面未反应的磷酸酯，烘干，得到表面含有自润滑膜的钢铁工件。
实施例3
一种钢铁工件表面自润滑薄膜的原位合成方法，将钢铁工件浸入质量百分比为80％的十三烷基磷酸单酯的溶液中，然后加热至65℃，恒温保持6小时，取出钢铁工件用体积分数为10％的乙醇溶液清洗表面未反应的磷酸酯，烘干，得到表面含有自润滑膜的钢铁工件。
将用本发明实施例1～3处理后轴承沟槽和钢珠组成轴承与未经本发明处理过的同型号钢质轴承在相同条件下同时进行抗疲劳磨损实验,后者在809小时出现表皮磨损剥落现象,而前者在2123小时时才出现表皮磨损剥落现象，表明使用本发明的方法能够提高轴承的疲劳寿命。
将用本发明实施例1～3处理后的钢块与未经本发明处理的同样钢块进行滑块实验，结果发现用本发明处理后的钢块的摩擦系数比未经本发明处理的同样钢块小2.3倍，表明本发明的方法能够降低钢块的摩擦系数。
将用本发明实施例1～3处理后的钢片与未经本发明处理的同样钢片进行盐雾实验，结果前者的防锈时间比后者提高了1.8倍，表明本发明的方法能够提高钢片的防锈能力。
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 (3)

1.一种钢铁工件表面自润滑薄膜的原位合成方法，其特征在于：将钢铁工件浸入含羟基的烷基磷酸酯的溶液中，然后加热至50~65℃，恒温保持6~8小时，取出钢铁工件清洗表面未反应的磷酸酯，烘干，得到表面含有自润滑膜的钢铁工件；所述含羟基的烷基磷酸酯为月桂基磷酸单酯、月桂基磷酸双酯或十六烷基磷酸单或双酯。
2.根据权利要求1所述一种钢铁工件表面自润滑薄膜的原位合成方法，其特征在于：所述含羟基的烷基磷酸酯的溶液的质量百分比为60~80%。
3.根据权利要求1所述一种钢铁工件表面自润滑薄膜的原位合成方法，其特征在于：所述清洗为用水或体积分数低于20%的乙醇溶液清洗。
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