CN106670744A - 一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法 - Google Patents

一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106670744A
CN106670744A CN201611193953.XA CN201611193953A CN106670744A CN 106670744 A CN106670744 A CN 106670744A CN 201611193953 A CN201611193953 A CN 201611193953A CN 106670744 A CN106670744 A CN 106670744A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bearing bush
film
wear
micro
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611193953.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106670744B (zh
Inventor
王权岱
蔡兴兴
吕游
赵仁峰
郑建明
肖继明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Technology
Original Assignee
Xian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Technology filed Critical Xian University of Technology
Priority to CN201611193953.XA priority Critical patent/CN106670744B/zh
Publication of CN106670744A publication Critical patent/CN106670744A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106670744B publication Critical patent/CN106670744B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H3/00—Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte
    • B23H3/08—Working media
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/34—Anodisation of metals or alloys not provided for in groups C25D11/04 - C25D11/32
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/20—Electroplating using ultrasonics, vibrations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

本发明公开了一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，通过超声辅助阳极氧化在轴瓦内表面制备微观粗糙结构；通过掩膜电解加工和超声辅助阳极氧化方法制备表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具；将胶膜贴合在轴瓦内表面，并通过滚压将多级粗糙结构转印到胶膜表面；以氟硅烷纳米粒子悬浊液为低表面能修饰材料对粗糙表面进行修饰得到。本发明制备方法，采用柔性掩蔽膜进行掩膜电解加工制备有序微结构的方法适用于内曲表面；微细电解加工的掩蔽膜及滚压进行图形转移的滚压模具均可以重复利用，因此工艺成本低，有利于大规模应用。

Description

一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法
技术领域
本发明属于表面改性及轴承润滑领域，具体涉及一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法。
背景技术
随着纳米测试技术的不断进步，借助现代微/纳米测试技术以及分子动力学模拟技术，研究表明，经典流体力学和润滑力学理论中流固界面无滑移的假设并不总是成立，边界滑移在许多情况下确实可能发生，固液界面滑移可以减小表面摩擦阻力。壁面滑移的存在为流体动力润滑轴承的设计提供了新的思路：通过对轴承表面微观形貌及润湿性的设计，增加流固界面的滑移以减小高剪切率下的速度梯度，达到减小轴承流体内摩擦阻力的目的。
润湿性差的表面即疏水表面使得固体表面与流体分子间的作用力减弱，从而使得能够平衡流体流动带来的剪切力的固液界面的极限剪应力减小，更有利于发生边界滑移。因此，实现界面滑移的有效方法是构造疏水表面。表面疏水性主要由表面的化学组成和微观几何结构共同决定，因此构造疏水/超疏水表面通过以下两种思路实现：一是在低表面能疏水材料表面构造多级微观粗糙结构；二是对多级微观粗糙表面进行低表面能处理。
目前，金属疏水/超疏水表面一般通过以下途径实现：
(1)利用化学腐蚀法或可控热氧化法在金属表面生成金属氧化物纳米结构，通过低表面能处理实现超疏水。该方法存在的主要问题是疏水表面的强度差，表现在辅助修饰低表面能的氟化膜往往稳定性差、寿命短，也表现在实现超疏水所需要的二级纳米结构在基底附着强度差，容易遭到破坏，特别是对于存在接触摩擦的轴承润滑领域，由于疏水表面极易遭到破坏从而失去疏水性。
(2)在微结构基础上生成纳米结构，然后修饰低表面能物质，比如，首先制备有序微米结构阵列，然后在金属微米结构基础上生长ZnO纳米结构。该方法通过多级粗糙结构可以实现表面的超疏水从而实现大的界面滑移。但是该方法同样存在低表面能修饰层稳定性差的问题，同时还存在纳米二级结构与基底结合强度差的问题。另外，对于轴瓦内表面这种内曲表面微结构阵列的加工也存在困难。
(3)通过精确复杂的飞秒激光技术改变金属表面形貌及化学特性，可以直接制备出超疏水的纳米金属表面，而不需要任何化学涂层，可长期保持疏水性。但是飞秒激光串行加工的工艺本质决定了其低效率、高成本，不适合大面积推广。
因此，探索简单易行的低成本金属表面耐磨疏水表面制备方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，解决了现有金属疏水滑移表面制备方法中存在的强度不足以及成本高难以大面积推广的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，通过超声辅助阳极氧化在轴瓦内表面制备微观粗糙结构；
步骤2，通过掩膜电解加工和超声辅助阳极氧化方法制备表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具；
步骤3，将胶膜贴合在步骤1处理后的轴瓦内表面，并通过滚压将步骤2得到的金属滚压模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；
步骤4，以氟硅烷纳米粒子悬浊液为低表面能修饰材料对步骤3制备的粗糙表面进行修饰，得到轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜。
本发明的特点还在于，
步骤1具体参数为：以轴瓦内表面作为为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，电解参数为：电解液为5～30％NaNO3和5～30％NaCl，电流密度10～50A/dm2，电压3～10V，电极间隙5～40mm；超声参数为：超声频率为20KHz，超声功率为50～100W，待加工表面浸入电解液深度5～15mm；通过以上工艺，在轴瓦内表面生成整体上均匀的微观粗糙结构。
步骤2具体步骤为：
步骤2.1，通过掩膜微细电解加工在模具表面加工有序微结构，材料采用45#钢，轴直径φ25mm，包括以下步骤：(a)滚压模具表面处理：经过抛光打磨后分别用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，然后烘干；(b)图形化柔性绝缘掩蔽膜制备：首先用酒精和去离子水对柔性绝缘膜进行清洗并用压缩空气吹干；然后用紫外激光打标机在柔性绝缘膜上加工微透孔阵列；(c)将表面加工了微透孔阵列的柔性绝缘膜贴合在轴外表面作为微细电解加工阳极进行掩膜微细电解加工；通过超声搅拌、加工得到金属表面有序微米结构；
步骤2.2，通过超声辅助阳极氧化进行滚压模具表面二级结构制备：以表面制作了有序微米结构的轴模具表面作为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，得到表面制备了多孔隙多级粗糙结构的轴作为滚压模具。
步骤2.1中柔性绝缘膜采用厚度为0.05～0.2mm的聚酰亚胺膜。
步骤2.1中紫外激光打标机在柔性绝缘膜上加工微透孔阵列的工艺参数：速度：10～30mm/s，激光有效功率：1～3W，频率：20KHz。
步骤2.1中掩膜微细电解加工：电解液为10～40％NaCl，电流密度5～20A/dm2，电压1～5V，电极间隙20～50mm。
步骤2.1中超声搅拌参数为：超声频率20KHz，超声功率30～60W，待加工表面浸入电解液深度1～5mm。
步骤2.2中电解参数为：电解液10～40％NaCl，电流密度10～50A/dm2，电压3～10V，电极间隙5～40mm；超声参数为：超声频率为40KHz，超声功率为100～300W，待加工表面浸入电解液深度5～30mm。
步骤3的具体步骤为：
步骤3.1，依次用丙酮、酒精和去离子水清洗胶膜，然后用氮气吹干后待用；
步骤3.2，在表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具表面喷涂氟硅烷作为脱模剂；
步骤3.3，在温度为60～90℃的条件下，在步骤1表面制备微观粗糙结构的轴瓦内表面蒸镀偶联剂KH-550 30min，然后在100～160℃下烘烤40min，在轴瓦内表面上得到均匀致密的偶联剂薄层；
步骤3.4，将轴瓦置于恒温箱中，加热到190～230℃，保持30min；
步骤3.5，将胶膜铺敷在轴瓦内表面，用涂敷有脱模剂的滚压模具在胶膜表面滚动2～3次，将模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；
步骤3.6，将敷有胶膜的轴瓦置于恒温箱中，160～180℃下保持1.5～3h，随箱冷却至室温。
步骤4具体步骤为：
步骤4.1，将无水乙醇、三乙氧基(-1H,1H,2H,2H-十三氟辛基)硅烷和纳米二氧化硅混合得到氟硅烷纳米粒子悬浊液；其中无水乙醇、三乙氧基(-1H,1H,2H,2H-十三氟辛基)硅烷和纳米二氧化硅的质量比为100：0.5～2：5～15。
步骤4.2，将步骤4得到的氟硅烷纳米粒子悬浊液作为疏水涂料喷涂到具有多级粗糙结构的胶膜表面，溶剂自然挥发5～20min，150℃烘烤10～30min，得到轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜。
本发明的有益效果是，本发明轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，对金属基底材料适用性更广，制备方法简单，成本低，适用于大规模应用。具体表面在以下几个方面：
(1)微细电解加工适用于导电材料，超声辅助加工是通过流体对表面的高频高压机械撞击作用实现，因此制备多级结构的方法对金属基底材料适用性强；
(2)采用柔性掩蔽膜进行掩膜电解加工制备有序微结构的方法适用于内曲表面；
(3)微细电解加工的掩蔽膜及滚压进行图形转移的滚压模具均可以重复利用，因此工艺成本低，有利于大规模应用；
(4)疏水涂料粒子可以形成更小一级的结构，进一步增强疏水滑移特性；
(5)所述制备有序微米结构的掩膜微细电解加工、制备二级粗糙结构的超声辅助阳极溶解方法及低表面能修饰均为并行处理工艺，高效、简单、易行，适用于大面积制备。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，通过超声辅助阳极氧化在轴瓦内表面制备微观粗糙结构；具体为：以轴瓦内表面作为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，电解参数为：电解液为5～30％NaNO3和5～30％NaCl，电流密度10～50A/dm2，电压3～10V，电极间隙5～40mm；超声参数为：超声频率为20KHz，超声功率为50～100W，待加工表面浸入电解液深度5～15mm；通过以上工艺，在轴瓦内表面生成整体上均匀的微观粗糙结构；
步骤2，通过掩膜电解加工和超声辅助阳极氧化方法制备表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具；
具体步骤为：
步骤2.1，通过掩膜微细电解加工在模具表面加工有序微结构，材料采用45#钢，轴直径φ25mm，包括以下步骤：(a)滚压模具表面处理：经过抛光打磨，使模具表面粗糙度Ra≤0.3，然后分别用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，然后烘干；(b)图形化柔性绝缘掩蔽膜制备：柔性绝缘膜采用厚度为0.05～0.2mm的聚酰亚胺膜，首先用酒精和去离子水对柔性绝缘膜进行清洗并用压缩空气吹干；然后用紫外激光打标机在柔性绝缘膜上加工微透孔阵列，工艺参数：速度：10～30mm/s，激光有效功率：1～3W，频率：20KHz；(c)将表面加工了微透孔阵列的柔性绝缘膜贴合在轴外表面作为微细电解加工阳极进行掩膜微细电解加工，电解液为10～40％NaCl，电流密度5～20A/dm2，电压1～5V，电极间隙20～50mm；通过超声搅拌增强电解过程的传质，超声搅拌参数为：超声频率20KHz，超声功率30～60W，待加工表面浸入电解液深度1～5mm，得到金属表面有序微米结构；
步骤2.2，通过超声辅助阳极氧化进行滚压模具表面二级结构制备：以表面制作了有序微米结构的轴模具表面作为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，得到表面制备了多孔隙多级粗糙结构的轴作为滚压模具；电解参数为：电解液10～40％NaCl，电流密度10～50A/dm2，电压3～10V，电极间隙5～40mm；超声参数为：超声频率为40KHz，超声功率为100～300W，待加工表面浸入电解液深度5～30mm。
步骤3，将胶膜贴合在步骤1处理后的轴瓦内表面，并通过滚压将步骤2得到的金属滚压模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；
具体步骤为：
步骤3.1，依次用丙酮、酒精和去离子水清洗胶膜，然后用氮气吹干后待用；
步骤3.2，在表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具表面喷涂氟硅烷作为脱模剂；
步骤3.3，在温度为60～90℃的条件下，在步骤1表面制备微观粗糙结构的轴瓦内表面蒸镀偶联剂KH-550 30min，然后在100～160℃下烘烤40min，在轴瓦内表面上得到均匀致密的偶联剂薄层；
步骤3.4，将轴瓦置于恒温箱中，加热到190～230℃，保持30min；
步骤3.5，将胶膜铺敷在轴瓦内表面，用涂敷有脱模剂的滚压模具在胶膜表面滚动2～3次，将模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；
步骤3.6，将敷有胶膜的轴瓦置于恒温箱中，160～180℃下保持1.5～3h，随箱冷却至室温；
步骤4，将无水乙醇、三乙氧基(-1H,1H,2H,2H-十三氟辛基)硅烷和纳米二氧化硅混合得到氟硅烷纳米粒子悬浊液；其中无水乙醇、三乙氧基(-1H,1H,2H,2H-十三氟辛基)硅烷和纳米二氧化硅的质量比为100：0.5～2：5～15。
将氟硅烷纳米粒子悬浊液作为疏水涂料喷涂到具有多级粗糙结构的胶膜表面，溶剂自然挥发5～20min，150℃烘烤10～30min，得到轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜。
本发明轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，其特征表现在：
(1)通过掩膜电解加工和超声辅助阳极氧化方法制备表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具；
(2)掩膜电解加工中的掩蔽膜为紫外激光加工了微结构阵列图形的柔性绝缘膜，该掩蔽膜可以重复利使用，并适用于内曲表面掩膜电解加工；
(3)通过滚压将模具表面的多级粗糙结构转移到胶膜表面；
(4)通过偶联剂提高胶膜在轴瓦内表面的结合力；
(5)所采用的低表面能修饰材料是由不同粒径的耐磨纳米二氧化硅粒子浸入氟硅烷乙醇溶液形成的悬浊液；
(6)所述低表面能修饰用悬浊液涂覆在具有二级微结构的金属基底表面后，纳米粒子会散布在基底表面及微孔隙中，并经过溶剂蒸发后及烘烤处理后会附着在基底高低不平的表面形成多级微观粗糙结构；
(7)与常规砂纸粗化方法相比，超声辅助阳极氧化的粗化方法制备的粗糙结构更均匀，降低了由于部分粘结强度不足导致疏水膜失效的机率。
实施例1
步骤1，通过超声辅助阳极氧化在轴瓦内表面制备微观粗糙结构；具体为：以轴瓦内表面作为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，电解参数为：电解液为5％NaNO3和10％NaCl，电流密度40A/dm2，电压7V，电极间隙20mm；超声参数为：超声频率为20KHz，超声功率为100W，待加工表面浸入电解液深度10mm；通过以上工艺，在轴瓦内表面生成整体上均匀的微观粗糙结构；
步骤2，通过掩膜电解加工和超声辅助阳极氧化方法制备表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具；
具体步骤为：
步骤2.1，通过掩膜微细电解加工在模具表面加工有序微结构，材料采用45#钢，轴直径φ25mm，包括以下步骤：(a)滚压模具表面处理：经过抛光打磨，使模具表面粗糙度Ra≤0.3，然后分别用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，然后烘干；(b)图形化柔性绝缘掩蔽膜制备：柔性绝缘膜采用厚度为0.05mm的聚酰亚胺膜，首先用酒精和去离子水对柔性绝缘膜进行清洗并用压缩空气吹干；然后用紫外激光打标机在柔性绝缘膜上加工微透孔阵列，工艺参数：速度：20mm/s，激光有效功率：2W，频率：20KHz；(c)将表面加工了微透孔阵列的柔性绝缘膜贴合在轴外表面作为微细电解加工阳极进行掩膜微细电解加工，电解液为10％NaCl，电流密度20A/dm2，电压1V，电极间隙50mm；通过超声搅拌增强电解过程的传质，超声搅拌参数为：超声频率20KHz，超声功率30W，待加工表面浸入电解液深度1mm，得到金属表面有序微米结构；
步骤2.2，通过超声辅助阳极氧化进行滚压模具表面二级结构制备：以表面制作了有序微米结构的轴模具表面作为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，得到表面制备了多孔隙多级粗糙结构的轴作为滚压模具；电解参数为：电解液10％NaCl，电流密度20A/dm2，电压7V，电极间隙5mm；超声参数为：超声频率为40KHz，超声功率为100W，待加工表面浸入电解液深度5mm。
步骤3，将胶膜贴合在步骤1处理后的轴瓦内表面，并通过滚压将步骤2得到的金属滚压模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；
具体步骤为：
步骤3.1，依次用丙酮、酒精和去离子水清洗胶膜，然后用氮气吹干后待用；
步骤3.2，在表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具表面喷涂氟硅烷作为脱模剂；
步骤3.3，在温度为60℃的条件下，在步骤1表面制备微观粗糙结构的轴瓦内表面蒸镀偶联剂KH-550 30min，然后在100℃下烘烤40min，在轴瓦内表面上得到均匀致密的偶联剂薄层；
步骤3.4，将轴瓦置于恒温箱中，加热到190℃，保持30min；
步骤3.5，将胶膜铺敷在轴瓦内表面，用涂敷有脱模剂的滚压模具在胶膜表面滚动2次，将模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；
步骤3.6，将敷有胶膜的轴瓦置于恒温箱中，180℃下保持1.5h，随箱冷却至室温；
步骤4，将无水乙醇、三乙氧基(-1H,1H,2H,2H-十三氟辛基)硅烷和纳米二氧化硅混合得到氟硅烷纳米粒子悬浊液；其中无水乙醇、三乙氧基(-1H,1H,2H,2H-十三氟辛基)硅烷和纳米二氧化硅的质量比为100：1.5：5。
将氟硅烷纳米粒子悬浊液作为疏水涂料喷涂到具有多级粗糙结构的胶膜表面，溶剂自然挥发5min，150℃烘烤30min，得到轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜。
实施例2
步骤1，通过超声辅助阳极氧化在轴瓦内表面制备微观粗糙结构；具体为：以轴瓦内表面作为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，电解参数为：电解液为10％NaNO3和20％NaCl，电流密度50A/dm2，电压5V，电极间隙5mm；超声参数为：超声频率为20KHz，超声功率为80W，待加工表面浸入电解液深度5mm；通过以上工艺，在轴瓦内表面生成整体上均匀的微观粗糙结构；
步骤2，通过掩膜电解加工和超声辅助阳极氧化方法制备表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具；
具体步骤为：
步骤2.1，通过掩膜微细电解加工在模具表面加工有序微结构，材料采用45#钢，轴直径φ25mm，包括以下步骤：(a)滚压模具表面处理：经过抛光打磨，使模具表面粗糙度Ra≤0.3，然后分别用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，然后烘干；(b)图形化柔性绝缘掩蔽膜制备：柔性绝缘膜采用厚度为0.2mm的聚酰亚胺膜，首先用酒精和去离子水对柔性绝缘膜进行清洗并用压缩空气吹干；然后用紫外激光打标机在柔性绝缘膜上加工微透孔阵列，工艺参数：速度：10mm/s，激光有效功率：1W，频率：20KHz；(c)将表面加工了微透孔阵列的柔性绝缘膜贴合在轴外表面作为微细电解加工阳极进行掩膜微细电解加工，电解液为20％NaCl，电流密度10A/dm2，电压3V，电极间隙30mm；通过超声搅拌增强电解过程的传质，超声搅拌参数为：超声频率20KHz，超声功率40W，待加工表面浸入电解液深度3mm，得到金属表面有序微米结构；
步骤2.2，通过超声辅助阳极氧化进行滚压模具表面二级结构制备：以表面制作了有序微米结构的轴模具表面作为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，得到表面制备了多孔隙多级粗糙结构的轴作为滚压模具；电解参数为：电解液20％NaCl，电流密度50A/dm2，电压5V，电极间隙20mm；超声参数为：超声频率为40KHz，超声功率为300W，待加工表面浸入电解液深度20mm。
步骤3，将胶膜贴合在步骤1处理后的轴瓦内表面，并通过滚压将步骤2得到的金属滚压模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；
具体步骤为：
步骤3.1，依次用丙酮、酒精和去离子水清洗胶膜，然后用氮气吹干后待用；
步骤3.2，在表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具表面喷涂氟硅烷作为脱模剂；
步骤3.3，在温度为70℃的条件下，在步骤1表面制备微观粗糙结构的轴瓦内表面蒸镀偶联剂KH-550 30min，然后在120℃下烘烤40min，在轴瓦内表面上得到均匀致密的偶联剂薄层；
步骤3.4，将轴瓦置于恒温箱中，加热到200℃，保持30min；
步骤3.5，将胶膜铺敷在轴瓦内表面，用涂敷有脱模剂的滚压模具在胶膜表面滚动2次，将模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；
步骤3.6，将敷有胶膜的轴瓦置于恒温箱中，170℃下保持2h，随箱冷却至室温；
步骤4，将无水乙醇、三乙氧基(-1H,1H,2H,2H-十三氟辛基)硅烷和纳米二氧化硅混合得到氟硅烷纳米粒子悬浊液；其中无水乙醇、三乙氧基(-1H,1H,2H,2H-十三氟辛基)硅烷和纳米二氧化硅的质量比为100：1：8。
将氟硅烷纳米粒子悬浊液作为疏水涂料喷涂到具有多级粗糙结构的胶膜表面，溶剂自然挥发10min，150℃烘烤20min，得到轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜。
实施例3
步骤1，通过超声辅助阳极氧化在轴瓦内表面制备微观粗糙结构；具体为：以轴瓦内表面作为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，电解参数为：电解液为20％NaNO3和30％NaCl，电流密度10A/dm2，电压3V，电极间隙27mm；超声参数为：超声频率为20KHz，超声功率为50W，待加工表面浸入电解液深度15mm；通过以上工艺，在轴瓦内表面生成整体上均匀的微观粗糙结构；
步骤2，通过掩膜电解加工和超声辅助阳极氧化方法制备表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具；
具体步骤为：
步骤2.1，通过掩膜微细电解加工在模具表面加工有序微结构，材料采用45#钢，轴直径φ25mm，包括以下步骤：(a)滚压模具表面处理：经过抛光打磨，使模具表面粗糙度Ra≤0.3，然后分别用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，然后烘干；(b)图形化柔性绝缘掩蔽膜制备：柔性绝缘膜采用厚度为0.1mm的聚酰亚胺膜，首先用酒精和去离子水对柔性绝缘膜进行清洗并用压缩空气吹干；然后用紫外激光打标机在柔性绝缘膜上加工微透孔阵列，工艺参数：速度：30mm/s，激光有效功率：3W，频率：20KHz；(c)将表面加工了微透孔阵列的柔性绝缘膜贴合在轴外表面作为微细电解加工阳极进行掩膜微细电解加工，电解液为30％NaCl，电流密度15A/dm2，电压5V，电极间隙40mm；通过超声搅拌增强电解过程的传质，超声搅拌参数为：超声频率20KHz，超声功率50W，待加工表面浸入电解液深度2mm，得到金属表面有序微米结构；
步骤2.2，通过超声辅助阳极氧化进行滚压模具表面二级结构制备：以表面制作了有序微米结构的轴模具表面作为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，得到表面制备了多孔隙多级粗糙结构的轴作为滚压模具；电解参数为：电解液30％NaCl，电流密度40A/dm2，电压10V，电极间隙30mm；超声参数为：超声频率为40KHz，超声功率为200W，待加工表面浸入电解液深度30mm。
步骤3，将胶膜贴合在步骤1处理后的轴瓦内表面，并通过滚压将步骤2得到的金属滚压模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；
具体步骤为：
步骤3.1，依次用丙酮、酒精和去离子水清洗胶膜，然后用氮气吹干后待用；
步骤3.2，在表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具表面喷涂氟硅烷作为脱模剂；
步骤3.3，在温度为80℃的条件下，在步骤1表面制备微观粗糙结构的轴瓦内表面蒸镀偶联剂KH-550 30min，然后在140℃下烘烤40min，在轴瓦内表面上得到均匀致密的偶联剂薄层；
步骤3.4，将轴瓦置于恒温箱中，加热到230℃，保持30min；
步骤3.5，将胶膜铺敷在轴瓦内表面，用涂敷有脱模剂的滚压模具在胶膜表面滚动3次，将模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；
步骤3.6，将敷有胶膜的轴瓦置于恒温箱中，160℃下保持3h，随箱冷却至室温；
步骤4，将无水乙醇、三乙氧基(-1H,1H,2H,2H-十三氟辛基)硅烷和纳米二氧化硅混合得到氟硅烷纳米粒子悬浊液；其中无水乙醇、三乙氧基(-1H,1H,2H,2H-十三氟辛基)硅烷和纳米二氧化硅的质量比为100：1.5：12。
将氟硅烷纳米粒子悬浊液作为疏水涂料喷涂到具有多级粗糙结构的胶膜表面，溶剂自然挥发20min，150℃烘烤10min，得到轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜。
实施例4
步骤1，通过超声辅助阳极氧化在轴瓦内表面制备微观粗糙结构；具体为：以轴瓦内表面作为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，电解参数为：电解液为30％NaNO3和5％NaCl，电流密度20A/dm2，电压10V，电极间隙40mm；超声参数为：超声频率为20KHz，超声功率为90W，待加工表面浸入电解液深度12m；通过以上工艺，在轴瓦内表面生成整体上均匀的微观粗糙结构；
步骤2，通过掩膜电解加工和超声辅助阳极氧化方法制备表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具；
具体步骤为：
步骤2.1，通过掩膜微细电解加工在模具表面加工有序微结构，材料采用45#钢，轴直径φ25mm，包括以下步骤：(a)滚压模具表面处理：经过抛光打磨，使模具表面粗糙度Ra≤0.3，然后分别用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，然后烘干；(b)图形化柔性绝缘掩蔽膜制备：柔性绝缘膜采用厚度为0.15m的聚酰亚胺膜，首先用酒精和去离子水对柔性绝缘膜进行清洗并用压缩空气吹干；然后用紫外激光打标机在柔性绝缘膜上加工微透孔阵列，工艺参数：速度：15m/s，激光有效功率：1.5频率：20KHz；(c)将表面加工了微透孔阵列的柔性绝缘膜贴合在轴外表面作为微细电解加工阳极进行掩膜微细电解加工，电解液为40％NaCl，电流密度5A/dm2，电压2V，电极间隙20m；通过超声搅拌增强电解过程的传质，超声搅拌参数为：超声频率20KHz，超声功率60W，待加工表面浸入电解液深度5mm，得到金属表面有序微米结构；
步骤2.2，通过超声辅助阳极氧化进行滚压模具表面二级结构制备：以表面制作了有序微米结构的轴模具表面作为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，得到表面制备了多孔隙多级粗糙结构的轴作为滚压模具；电解参数为：电解液40％NaCl，电流密度30A/dm2，电压3V，电极间隙40mm；超声参数为：超声频率为40KHz，超声功率为18W，待加工表面浸入电解液深度10mm。
步骤3，将胶膜贴合在步骤1处理后的轴瓦内表面，并通过滚压将步骤2得到的金属滚压模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；
具体步骤为：
步骤3.1，依次用丙酮、酒精和去离子水清洗胶膜，然后用氮气吹干后待用；
步骤3.2，在表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具表面喷涂氟硅烷作为脱模剂；
步骤3.3，在温度为90℃的条件下，在步骤1表面制备微观粗糙结构的轴瓦内表面蒸镀偶联剂KH-550 30min，然后在160℃下烘烤40min，在轴瓦内表面上得到均匀致密的偶联剂薄层；
步骤3.4，将轴瓦置于恒温箱中，加热到22℃，保持30min；
步骤3.5，将胶膜铺敷在轴瓦内表面，用涂敷有脱模剂的滚压模具在胶膜表面滚动3次，将模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；
步骤3.6，将敷有胶膜的轴瓦置于恒温箱中，17℃下保持2.5随箱冷却至室温；
步骤4，将无水乙醇、三乙氧基(-1H,1H,2H,2H-十三氟辛基)硅烷和纳米二氧化硅混合得到氟硅烷纳米粒子悬浊液；其中无水乙醇、三乙氧基(-1H,1H,2H,2H-十三氟辛基)硅烷和纳米二氧化硅的质量比为100：2：15。
将氟硅烷纳米粒子悬浊液作为疏水涂料喷涂到具有多级粗糙结构的胶膜表面，溶剂自然挥发15min，150℃烘烤17min，得到轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜。

Claims (9)

1.一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，通过超声辅助阳极氧化在轴瓦内表面制备微观粗糙结构；
步骤2，通过掩膜电解加工和超声辅助阳极氧化方法制备表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具；
步骤3，将胶膜贴合在步骤1处理后的轴瓦内表面，并通过滚压将步骤2得到的金属滚压模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；
步骤4，以氟硅烷纳米粒子悬浊液为低表面能修饰材料对步骤3制备的粗糙表面进行修饰，得到轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜。
2.根据权利要求1所述的轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，其特征在于，步骤1具体参数为：以轴瓦内表面作为为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，电解参数为：电解液为5～30％NaNO3和5～30％NaCl，电流密度10～50A/dm2，电压3～10V，电极间隙5～40mm；超声参数为：超声频率为20KHz，超声功率为50～100W，待加工表面浸入电解液深度5～15mm；通过以上工艺，在轴瓦内表面生成整体上均匀的微观粗糙结构。
3.根据权利要求1或2所述的轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，其特征在于，步骤2具体步骤为：
步骤2.1，通过掩膜微细电解加工在模具表面加工有序微结构，材料采用45#钢，轴直径φ25mm，包括以下步骤：(a)滚压模具表面处理：经过抛光打磨后分别用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，然后烘干；(b)图形化柔性绝缘掩蔽膜制备：首先用酒精和去离子水对柔性绝缘膜进行清洗并用压缩空气吹干；然后用紫外激光打标机在柔性绝缘膜上加工微透孔阵列；(c)将表面加工了微透孔阵列的柔性绝缘膜贴合在轴外表面作为微细电解加工阳极进行掩膜微细电解加工；通过超声搅拌得到金属表面有序微米结构；
步骤2.2，通过超声辅助阳极氧化进行滚压模具表面二级结构制备：以表面制作了有序微米结构的轴模具表面作为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，得到表面制备了多孔隙多级粗糙结构的轴作为滚压模具。
4.根据权利要求3所述的轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，其特征在于，步骤2.1中柔性绝缘膜采用厚度为0.05～0.2mm的聚酰亚胺膜。
5.根据权利要求3所述的轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，其特征在于，步骤2.1中紫外激光打标机在柔性绝缘膜上加工微透孔阵列的工艺参数：速度：10～30mm/s，激光有效功率：1～3W，频率：20KHz，步骤2.1中掩膜微细电解加工：电解液为10～40％NaCl，电流密度5～20A/dm2，电压1～5V，电极间隙20～50mm。
6.根据权利要求3所述的轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，其特征在于，步骤2.1中超声搅拌参数为：超声频率20KHz，超声功率30～60W，待加工表面浸入电解液深度1～5mm。
7.根据权利要求3所述的轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，其特征在于，步骤2.2中电解参数为：电解液10～40％NaCl，电流密度10～50A/dm2，电压3～10V，电极间隙5～40mm；超声参数为：超声频率为40KHz，超声功率为100～300W，待加工表面浸入电解液深度5～30mm。
8.根据权利要求1所述的轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，其特征在于，步骤3的具体步骤为：
步骤3.1，依次用丙酮、酒精和去离子水清洗胶膜，然后用氮气吹干后待用；
步骤3.2，在表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具表面喷涂氟硅烷作为脱模剂；
步骤3.3，在温度为60～90℃的条件下，在步骤1表面制备微观粗糙结构的轴瓦内表面蒸镀偶联剂KH-550 30min，然后在100～160℃下烘烤40min，在轴瓦内表面上得到均匀致密的偶联剂薄层；
步骤3.4，将轴瓦置于恒温箱中，加热到190～230℃，保持30min；
步骤3.5，将胶膜铺敷在轴瓦内表面，用涂敷有脱模剂的滚压模具在胶膜表面滚动2～3次，将模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；
步骤3.6，将敷有胶膜的轴瓦置于恒温箱中，160～180℃下保持1.5～3h，随箱冷却至室温。
9.根据权利要求1所述的轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，其特征在于，步骤4具体步骤为：
步骤4.1，将无水乙醇、三乙氧基(-1H,1H,2H,2H-十三氟辛基)硅烷和纳米二氧化硅混合得到氟硅烷纳米粒子悬浊液；其中无水乙醇、三乙氧基(-1H,1H,2H,2H-十三氟辛基)硅烷和纳米二氧化硅的质量比为100：0.5～2：5～15，
步骤4.2，将步骤4得到的氟硅烷纳米粒子悬浊液作为疏水涂料喷涂到具有多级粗糙结构的胶膜表面，溶剂自然挥发5～20min，150℃烘烤10～30min，得到轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜。
CN201611193953.XA 2016-12-21 2016-12-21 一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法 Active CN106670744B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611193953.XA CN106670744B (zh) 2016-12-21 2016-12-21 一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611193953.XA CN106670744B (zh) 2016-12-21 2016-12-21 一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106670744A true CN106670744A (zh) 2017-05-17
CN106670744B CN106670744B (zh) 2018-09-25

Family

ID=58870102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611193953.XA Active CN106670744B (zh) 2016-12-21 2016-12-21 一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106670744B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111792619A (zh) * 2020-07-17 2020-10-20 中国科学技术大学 一种在玻璃表面连续批量制作微纳结构的方法
CN113478033A (zh) * 2021-07-02 2021-10-08 长春理工大学 基于梯度效应多液相低粘自洁不锈钢表面制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61147898A (ja) * 1984-12-19 1986-07-05 Yoshida Kogyo Kk <Ykk> 建築用アルミニウム材の製造方法
CN1760113A (zh) * 2005-11-16 2006-04-19 厦门大学 超双亲性和超疏水性的二氧化钛纳米管阵列膜的制备方法
CN101532159A (zh) * 2009-03-10 2009-09-16 集美大学 一种金属铝超疏水表面的制备方法
CN102791454A (zh) * 2010-03-25 2012-11-21 三菱丽阳株式会社 模具的制造方法及表面具有微细凹凸结构的物品的制造方法
CN102839408A (zh) * 2012-08-10 2012-12-26 常州大学 超声辅助阳极氧化制备超大孔间距多孔氧化铝膜的方法
CN103276429A (zh) * 2013-06-24 2013-09-04 哈尔滨工业大学 铝或铝合金的超疏水表面的制备方法
CN104131322A (zh) * 2014-07-11 2014-11-05 华南理工大学 铝材表面超疏水薄膜及其制备方法
CN105197879A (zh) * 2015-08-20 2015-12-30 中国科学院深圳先进技术研究院 一种超疏液薄膜及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61147898A (ja) * 1984-12-19 1986-07-05 Yoshida Kogyo Kk <Ykk> 建築用アルミニウム材の製造方法
CN1760113A (zh) * 2005-11-16 2006-04-19 厦门大学 超双亲性和超疏水性的二氧化钛纳米管阵列膜的制备方法
CN101532159A (zh) * 2009-03-10 2009-09-16 集美大学 一种金属铝超疏水表面的制备方法
CN102791454A (zh) * 2010-03-25 2012-11-21 三菱丽阳株式会社 模具的制造方法及表面具有微细凹凸结构的物品的制造方法
CN102839408A (zh) * 2012-08-10 2012-12-26 常州大学 超声辅助阳极氧化制备超大孔间距多孔氧化铝膜的方法
CN103276429A (zh) * 2013-06-24 2013-09-04 哈尔滨工业大学 铝或铝合金的超疏水表面的制备方法
CN104131322A (zh) * 2014-07-11 2014-11-05 华南理工大学 铝材表面超疏水薄膜及其制备方法
CN105197879A (zh) * 2015-08-20 2015-12-30 中国科学院深圳先进技术研究院 一种超疏液薄膜及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111792619A (zh) * 2020-07-17 2020-10-20 中国科学技术大学 一种在玻璃表面连续批量制作微纳结构的方法
CN111792619B (zh) * 2020-07-17 2024-05-17 中国科学技术大学 一种在玻璃表面连续批量制作微纳结构的方法
CN113478033A (zh) * 2021-07-02 2021-10-08 长春理工大学 基于梯度效应多液相低粘自洁不锈钢表面制备方法
CN113478033B (zh) * 2021-07-02 2023-01-17 长春理工大学 基于梯度效应多液相低粘自洁不锈钢表面制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106670744B (zh) 2018-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106733547B (zh) 一种耐磨超疏水金属表面的制备方法
CN101532159B (zh) 一种金属铝超疏水表面的制备方法
Vazirinasab et al. Application of superhydrophobic coatings as a corrosion barrier: A review
Lu et al. Electrochemical micromachining of titanium surfaces for biomedical applications
Gu et al. Corrosion behavior and mechanism of MAO coated Ti6Al4V with a grain-fined surface layer
CN106086990B (zh) 一种多孔氧化钛薄膜固载二硫化钼的方法
Lin et al. Bio-inspiredly fabricating the hierarchical 3D porous structure superhydrophobic surfaces for corrosion prevention
CN108048894B (zh) 一种金属表面纳米孔阵列薄膜的制备方法
CN106670744B (zh) 一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法
KR20100046615A (ko) 극 소수성 표면 및 극 소수성 표면 제작 방법
Zhang et al. Corrosion resistance and mechanism of micro-nano structure super-hydrophobic surface prepared by laser etching combined with coating process
CN106521604A (zh) 一种在不锈钢和钴合金表面制备纳米多孔结构的方法
Tian et al. Facile fabrication of superhydrophobic coatings with superior corrosion resistance on LA103Z alloy by one-step electrochemical synthesis
Ye et al. Self-lubricated nanoporous TiO2-TiN films fabricated on nanocrystalline layer of titanium with enhanced tribological properties
Maharana et al. Surface micro-texturing of dual phase steel and copper by combining laser machining and electrochemical dissolution
CN108950671A (zh) 一种不锈钢基耐蚀耐磨涂层结构及其制备方法和应用
Gu et al. Microstructure and corrosion model of MAO coating on nano grained AA2024 pretreated by ultrasonic cold forging technology
Sooksaen et al. Chemical treatment on aluminum alloy for hydrophobic surfaces
CN108950651A (zh) 一种镁合金表面微弧电泳含ha生物复合膜层的制备方法
Liu et al. Fabrication of a tool electrode with hydrophobic features and its stray-corrosion suppression performance for micro-electrochemical machining
CN108239778B (zh) 一种钛合金基体表面高发射率陶瓷涂层的制备方法
CN106435691A (zh) 一种一步制备TiAl系合金微弧氧化BN复合膜的方法
CN105598537B (zh) 一种电液束工艺加工具有高粘附微图案超疏水表面的方法
Anasane et al. Electrochemical micromachining of titanium and its alloys
Li et al. Laser-induced hydrophobicity on Ti-6Al-4V surface

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant