CN109047757A - 一种锁芯用自润滑新材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锁芯用自润滑新材料的制备方法，属于新材料技术领域。本发明用铜粉、铁粉、铬粉等冷压成型硬度高，耐腐蚀的锁芯基体，当锁芯基体浸入改性液进行改性时，锁芯基体表面的铜与氨水反应，在锁芯基体表层形成多颗粒状的络合物，改性液中的磷酸根离子和锌离子与锁芯基体缓慢反应，生成一种组成复杂、致密、粘附性牢固的磷化膜，粘附在锁芯基体表面，并使其钝化，能够起到防锈的作用；在氧化石墨烯的表面原位生长纳米碳化钨颗粒，然后喷覆于锁芯的外表面，形成一层高硬度的保护膜，在增加自润滑能力的同时，能够保持较强的硬度，减少锁芯由于使用次数的增多而导致的刮擦伤害，延长了锁芯的使用寿命。

Description

一种锁芯用自润滑新材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锁芯用自润滑新材料的制备方法，属于新材料技术领域。
背景技术
锁是我们日常生活中随处可见的生活用品之一，其种类繁多，比如挂锁、抽斗锁、插芯门锁、球型门锁等。锁具是指起封闭作用的器具，它包括锁、钥匙及其附件，一般解释为“必须用钥匙方能开脱的封缄器”，现在，锁具除用钥匙开启外，还可以用光、电、磁、声及指纹等指令开启。目前应用最为广泛的锁具，仍然是以钥匙开闭为主。
典型的锁具，其包括锁壳和安装在锁壳内的锁芯，锁芯上安装有锁舌，且锁壳上设置有锁孔，锁具还包括：锁孔挡件，锁孔挡件位置可调节地遮挡在锁孔的远离锁舌的一端，且锁具的钥匙的驱动端插入锁孔内后，钥匙的驱动端推动锁孔挡件运动以使驱动端与锁芯配合连接。
不同种类的锁结构和组成成分是不同的，但几乎所有的锁都包括锁芯，可以说锁芯是锁的一个重要组成部分，而通常带有锁芯的锁的正常使用寿命取决于锁芯的质量。我们生活中常见的锁芯的材质主要有铜、铝合金和不锈钢三种，不锈钢因具有优异的防腐、防锈性能，而被用于锁芯上，但由于不锈钢的成本较高，所以不锈钢材质的锁芯的应用比较受限；铝合金锁芯的可塑性较好，但由于铝合金的硬度较低，长时间使用易发生磨损、变形和断裂；而铜制的锁芯成本较低，耐磨性较铝合金材质的锁芯好，因此使用范围较不锈钢材质和铝合金材质的锁芯广泛，但由于铜制的锁芯在长时间雨水浸泡后，易产生铜锈，影响锁芯的正常开启。
锁芯的主要功能是由头部传递扭力，从而带动锁的其他部件，达到开锁和闭锁。挂锁、抽屉锁、门锁及自行车锁的锁芯头部结构不尽相同，传递扭力的方式也不一样，但作用是一样的。但在实际使用过程中，由于磨损、异物、生锈等，导致锁芯转动困难，从而难以开锁，给生活带来极大不便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现今锁芯易生锈、硬度低、锁芯转动摩擦阻力大的问题，提出了一种锁芯用自润滑新材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）取铜粉、铁粉、铬粉、铬铁粉、二氧化硅和机油在混料设备中充分混合，得到混合料，将混合料冷压成型，得到锁芯基体；
（2）取磷酸锌并将其置于氨水溶液中，搅拌至溶解，得到改性液；
（3）将锁芯基体放入改性液中，1h后取出，烘干，得到改性锁芯基体；
（4）取石墨和无水硝酸钠在冰水浴条件下倒入至18mol/L硫酸溶液中，搅拌然后加入高锰酸钾，30℃恒温搅拌1h，得到混合液A；
（5）在混合液中加入去离子水并继续搅拌30min，控制温度在90℃，加入过氧化氢溶液，得到混合液B；
（6）对混合液B进行过滤并将滤渣在去离子水中搅拌，然后超声剥离24h，通过离心收集沉淀物，用0.01mol/L盐酸溶液和去离子水洗涤沉淀物5~8次得到氧化石墨烯；
（7）取偏钨酸铵和氧化石墨烯混合均匀后置入管式还原炉中，抽真空，然后通入氢气反复润洗，然后升温至700℃，保温1h，然后在氢气气氛下自然冷却至室温，得到改性颗粒；
（8）取改性颗粒、六偏磷酸钠和去离子水，混合后得到改性悬浮液，将改悬浮液喷覆于改性锁芯基体表面，烘干后得到自润滑锁芯。
步骤（1）所述铜粉、铁粉、铬粉、铬铁粉、二氧化硅和机油的质量比为80:20:4:5:2:20。
步骤（2）所述磷酸锌和氨水溶液的质量比为1:15。
步骤（4）所述石墨、无水硝酸钠、硫酸溶液和高锰酸钾的质量比为2:1:35:8。
步骤（5）所述混合液、去离子水和过氧化氢溶液的质量比为5:5:2。
步骤（7）所述偏钨酸铵和氧化石墨烯的质量比为5:1。
步骤（7）所述氢气流量控制在100ml/min，升温速率为70℃/min。
步骤（8）所述改性颗粒、六偏磷酸钠和去离子水的质量比为5:1:20。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）用铜粉、铁粉、铬粉等冷压成型的锁芯基体具有硬度高，耐腐蚀的特点，当锁芯基体浸入改性液进行改性时，锁芯基体表面的铜与氨水反应，在锁芯基体表层形成多颗粒状的络合物，改性液中的磷酸根离子和锌离子与锁芯基体缓慢反应，生成一种组成复杂、致密、粘附性牢固的磷化膜，粘附在锁芯基体表面，并使其钝化，能够起到防锈的作用；
（2）在氧化石墨烯的表面原位生长纳米碳化钨颗粒，然后喷覆于锁芯的外表面，形成一层高硬度的保护膜，在增加自润滑能力的同时，能够保持较强的硬度，减少锁芯由于使用次数的增多而导致的刮擦伤害，延长了锁芯的使用寿命；
（3）本发明所制备的锁芯用自润滑材料表面包覆着两层致密的防水膜，能够充分保护锁芯不被锈蚀，同时具有硬度高，自润滑的特点，延长了锁芯的使用寿命。
具体实施方式
取80~160g铜粉、20~40g铁粉、4~8g铬粉、5~10g铬铁粉、2~4g二氧化硅和20~40g机油在混料设备中充分混合，得到混合料，将混合料冷压成型，得到锁芯基体；取10~20g磷酸锌并将其置于150~300g13mol/L氨水溶液中，搅拌至溶解，得到改性液；将锁芯基体放入改性液中，1h后取出，烘干，得到改性锁芯基体；取2~4g石墨和1~2g无水硝酸钠在冰水浴条件下倒入至35~70g18mol/L硫酸溶液中，搅拌后加入8~16g高锰酸钾，30℃恒温搅拌1h，得到混合液A；在混合液中加入50~100g去离子水并继续搅拌30min，控制温度在90℃，加入20~40g10mol/L过氧化氢溶液，得到混合液B；对混合液B进行过滤并将滤渣在去离子水中搅拌，然后超声剥离24h，通过离心收集沉淀物；用50g0.01mol/L盐酸和50g去离子水洗涤沉淀物5~8次得到氧化石墨烯；取5~10g偏钨酸铵和1~2g氧化石墨烯混合均匀后置入管式还原炉中，抽真空，然后通入氢气反复润洗，将氢气流量控制在100ml/min，以70℃/min的升温速率升温至700℃，保温1h，然后在氢气气氛下自然冷却至室温，得到改性颗粒；取5~10g改性颗粒、1~2g六偏磷酸钠和20~40g去离子水，混合后得到改性悬浮液，将改悬浮液喷覆于改性锁芯基体表面，烘干后得到自润滑锁芯。
取80g铜粉、20g铁粉、4g铬粉、5g铬铁粉、2g二氧化硅和20g机油在混料设备中充分混合，得到混合料，将混合料冷压成型，得到锁芯基体；取10g磷酸锌并将其置于150g13mol/L氨水溶液中，搅拌至溶解，得到改性液；将锁芯基体放入改性液中，1h后取出，烘干，得到改性锁芯基体；取2g石墨和1g无水硝酸钠在冰水浴条件下倒入至35g18mol/L硫酸溶液中，搅拌后加入8g高锰酸钾，30℃恒温搅拌1h，得到混合液A；在混合液中加入50g去离子水并继续搅拌30min，控制温度在90℃，加入20g10mol/L过氧化氢溶液，得到混合液B；对混合液B进行过滤并将滤渣在去离子水中搅拌，然后超声剥离24h，通过离心收集沉淀物；用50g0.01mol/L盐酸和50g去离子水洗涤沉淀物5次得到氧化石墨烯；取5g偏钨酸铵和1g氧化石墨烯混合均匀后置入管式还原炉中，抽真空，然后通入氢气反复润洗，将氢气流量控制在100ml/min，以70℃/min的升温速率升温至700℃，保温1h，然后在氢气气氛下自然冷却至室温，得到改性颗粒；取5g改性颗粒、1g六偏磷酸钠和20g去离子水，混合后得到改性悬浮液，将改悬浮液喷覆于改性锁芯基体表面，烘干后得到自润滑锁芯。
取120g铜粉、30g铁粉、6g铬粉、7g铬铁粉、3g二氧化硅和30g机油在混料设备中充分混合，得到混合料，将混合料冷压成型，得到锁芯基体；取15g磷酸锌并将其置于225g13mol/L氨水溶液中，搅拌至溶解，得到改性液；将锁芯基体放入改性液中，1h后取出，烘干，得到改性锁芯基体；取3g石墨和1.5g无水硝酸钠在冰水浴条件下倒入至48g18mol/L硫酸溶液中，搅拌后加入12g高锰酸钾，30℃恒温搅拌1h，得到混合液A；在混合液中加入75g去离子水并继续搅拌30min，控制温度在90℃，加入30g10mol/L过氧化氢溶液，得到混合液B；对混合液B进行过滤并将滤渣在去离子水中搅拌，然后超声剥离24h，通过离心收集沉淀物；用50g0.01mol/L盐酸和50g去离子水洗涤沉淀物7次得到氧化石墨烯；取7g偏钨酸铵和1.5g氧化石墨烯混合均匀后置入管式还原炉中，抽真空，然后通入氢气反复润洗，将氢气流量控制在100ml/min，以70℃/min的升温速率升温至700℃，保温1h，然后在氢气气氛下自然冷却至室温，得到改性颗粒；取7g改性颗粒、1.5g六偏磷酸钠和30g去离子水，混合后得到改性悬浮液，将改悬浮液喷覆于改性锁芯基体表面，烘干后得到自润滑锁芯。
取160g铜粉、40g铁粉、8g铬粉、10g铬铁粉、4g二氧化硅和40g机油在混料设备中充分混合，得到混合料，将混合料冷压成型，得到锁芯基体；取20g磷酸锌并将其置于300g13mol/L氨水溶液中，搅拌至溶解，得到改性液；将锁芯基体放入改性液中，1h后取出，烘干，得到改性锁芯基体；取4g石墨和2g无水硝酸钠在冰水浴条件下倒入至70g18mol/L硫酸溶液中，搅拌后加入16g高锰酸钾，30℃恒温搅拌1h，得到混合液A；在混合液中加入100g去离子水并继续搅拌30min，控制温度在90℃，加入40g10mol/L过氧化氢溶液，得到混合液B；对混合液B进行过滤并将滤渣在去离子水中搅拌，然后超声剥离24h，通过离心收集沉淀物；用50g0.01mol/L盐酸和50g去离子水洗涤沉淀物8次得到氧化石墨烯；取10g偏钨酸铵和2g氧化石墨烯混合均匀后置入管式还原炉中，抽真空，然后通入氢气反复润洗，将氢气流量控制在100ml/min，以70℃/min的升温速率升温至700℃，保温1h，然后在氢气气氛下自然冷却至室温，得到改性颗粒；取10g改性颗粒、2g六偏磷酸钠和40g去离子水，混合后得到改性悬浮液，将改悬浮液喷覆于改性锁芯基体表面，烘干后得到自润滑锁芯。
将本发明制备的自润滑锁芯及市售锁芯进行检测，具体检测结果如下表表1：
表1自润滑锁芯性能表征
由表1可知本发明制备的自润滑锁芯，硬度高，耐腐蚀，使用寿命长，具有广阔的市场前景和应用前景。

Claims (8)

1.一种锁芯用自润滑新材料的制备方法，其特征在于，具体制作步骤为：
（1）取铜粉、铁粉、铬粉、铬铁粉、二氧化硅和机油在混料设备中充分混合，得到混合料，将混合料冷压成型，得到锁芯基体；
（2）取磷酸锌并将其置于氨水溶液中，搅拌至溶解，得到改性液；
（3）将锁芯基体放入改性液中，1h后取出，烘干，得到改性锁芯基体；
（4）取石墨和无水硝酸钠在冰水浴条件下倒入至18mol/L硫酸溶液中，搅拌然后加入高锰酸钾，30℃恒温搅拌1h，得到混合液A；
（5）在混合液中加入去离子水并继续搅拌30min，控制温度在90℃，加入过氧化氢溶液，得到混合液B；
（6）对混合液B进行过滤并将滤渣在去离子水中搅拌，然后超声剥离24h，通过离心收集沉淀物，用0.01mol/L盐酸溶液和去离子水洗涤沉淀物5~8次得到氧化石墨烯；
（7）取偏钨酸铵和氧化石墨烯混合均匀后置入管式还原炉中，抽真空，然后通入氢气反复润洗，然后升温至700℃，保温1h，然后在氢气气氛下自然冷却至室温，得到改性颗粒；
（8）取改性颗粒、六偏磷酸钠和去离子水，混合后得到改性悬浮液，将改悬浮液喷覆于改性锁芯基体表面，烘干后得到自润滑锁芯。
2.如权利要求1所述的一种锁芯用自润滑新材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述铜粉、铁粉、铬粉、铬铁粉、二氧化硅和机油的质量比为80:20:4:5:2:20。
3.如权利要求1所述的一种锁芯用自润滑新材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述磷酸锌和氨水溶液的质量比为1:15。
4.如权利要求1所述的一种锁芯用自润滑新材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述石墨、无水硝酸钠、硫酸溶液和高锰酸钾的质量比为2:1:35:8。
5.如权利要求1所述的一种锁芯用自润滑新材料的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述混合液、去离子水和过氧化氢溶液的质量比为5:5:2。
6.如权利要求1所述的一种锁芯用自润滑新材料的制备方法，其特征在于，步骤（7）所述偏钨酸铵和氧化石墨烯的质量比为5:1。
7.如权利要求1所述的一种锁芯用自润滑新材料的制备方法，其特征在于，步骤（7）所述氢气流量控制在100ml/min，升温速率为70℃/min。
8.如权利要求1所述的一种锁芯用自润滑新材料的制备方法，其特征在于，步骤（8）所述改性颗粒、六偏磷酸钠和去离子水的质量比为5:1:20。
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