CN109054528B

CN109054528B - 一种发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN109054528B
Application number: CN201811058410.6A
Authority: CN
Inventors: 史绍波; 彭俊锋
Original assignee: Zaibang Lubrication Material Shanghai Co ltd
Current assignee: Zaibang Lubrication Material Shanghai Co ltd
Priority date: 2018-09-11
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2021-07-09
Anticipated expiration: 2038-09-11
Also published as: CN109054528A

Abstract

本发明公开了一种发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料及其制备方法，该润滑耐磨涂料按重量百分比计包括：复合固体润滑材料20～40％、复合耐磨材料12～15％、复合粘结剂20～30％、助剂0.1～0.5％、溶剂20～40％。复合固体润滑材料由纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨稀和碳纳米管复合而成；复合耐磨材料由氮化硅、氟化钙和碳化硅复合而成；复合粘结剂为高分子改性环氧聚醚氟树脂,由高分子改性环氧树脂、环氧改性氟树脂和聚醚砜树脂复合而成。采用本发明发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料的轴瓦，使得轴瓦的润滑性、耐磨性、磨合性、抗咬合性、抗疲劳性、承载能力等性能得到了提升，达到了预期要求，提高了发动机轴瓦在使用过程中的可靠性和使用寿命。

Description

一种发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及发动机轴瓦耐磨润滑材料技术领域，尤其涉及一种发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料及其制备方法。

背景技术

发动机轴瓦是滑动轴承和轴颈接触的部分，形状为瓦状的半圆柱面，非常光滑，一般用青铜、合金和钢背复合铜或铝等材料制成。轴瓦与轴颈采用间隙配合或间断性接触，一般不随轴旋转。传统的轴瓦是使用电镀工艺在轴瓦内表面镀上一层保护层，起到润滑、耐磨、防腐和美观等作用。如为满足发动机轴瓦运行工况，在发动机轴瓦上涂覆一层具有润滑和耐磨性能的润滑耐磨涂料。

传统的汽车发动机轴瓦多采用电镀工艺在轴瓦内表面镀上一层耐磨防腐涂层，这种工艺所排放的污水有重金属离子，对环境污染严重。随着国家及国际社会对环保的要求越来越严格，这种存在环境污染隐患的传统轴瓦电镀涂层工艺也逐渐为国际社会和国家环保政策所不容，不符合目前绿色环保的发展要求。而且随着社会的发展和对发动机的功率和转速要求越来越高，对发动机轴瓦、衬套等耐磨零件的使用性能要求越来越高。同时对发动机轴瓦的使用寿命的要求也大大提高。

此外，现有已公开专利披露了相关采用非电镀工艺形成耐磨防腐涂层的技术方案：如专利CN103710116A公开了一种用于防止发动机曲轴抱死的涂层材料和使用方法，该涂层材料由以下组分组成：PAG聚醚基础油、改性植物基合成酯氧化葵花籽油、环氧树脂、有机钼、二硫化钨粉、二硒化钨粉、氟化石墨粉、聚苯、阻燃剂、抗磨剂、抗氧剂，将该涂层材料直接涂抹在曲轴和轴瓦之间的曲轴轴颈表面或/和轴瓦表面；专利CN104120001A公开了一种用于轴瓦的润滑剂，该润滑剂是将含有二硫化钼的润滑剂本体均匀分散与有机粘结剂中，润滑剂本体中二硫化钼的含量为60％～75％，有机粘结剂为聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂和聚丙烯酸酯中的二种，使用时，将该润滑剂喷涂与轴瓦上，并经过高温固化形成固体润滑；又如CN103216530A公开了一种减摩涂料及其涂覆方法，该减摩涂料由聚四氟乙烯、二硫化钨、石墨、石墨烯、二硫化钼、碳纳米管、刚玉、金刚砂、陶瓷、氧化钛、氟化石墨、含氟聚酰亚胺树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、N～甲基吡咯烷酮和粉体表面处理剂组成，并通过喷涂和高温烧结的方式，将高分子减摩涂料喷涂在轴瓦内表面形成均匀的减摩涂层，这种减摩涂层具有良好的耐磨性和抗疲劳强度，满足了对发动机轴瓦性能的苛刻要求，且解决电镀工艺过程中严重的污染问题。

随着社会的发展和对发动机的功率和转速要求越来越高，对发动机轴瓦、衬套等耐磨零件的使用性能要求越来越高。同时对发动机轴瓦的使用寿命的要求也大大提高，上述现有专利CN103710116A、CN104120001A以及CN103216530A所披露的轴瓦涂层已不能满足耐磨性能和使用寿命的要求。如专利CN103710116A采用的是油膜式润滑，是对原润滑缺陷的补充，起润滑作用的主要成分是润滑油，无法实现自润滑；专利CN104120001A采用含有二硫化钼的润滑剂大大提高了润滑属性，但其耐磨性差，润滑和耐磨虽然是两个概念，但一直都是相伴而存在，润滑效果的好坏影响耐磨的效果，但决定不了耐磨的结果，因此需要在其配方设计中加入适宜的耐磨材料，以真正实现既润滑有耐磨的理想效果。以及虽然专利CN103216530A是把可能用到的组分全部罗列，间或也写明比例，但在现实的配方设计中并不容易实现，且其所披露的减摩涂料已逐渐不能满足发动机轴瓦、衬套等耐磨零件对润滑性和耐磨性能的使用要求。

因此，在现有的基础上，研发适应发动机轴瓦市场需求的专用润滑耐磨涂料，以期进一步提高轴瓦材料的润滑性、耐磨性能、承载性能及适应性等，继而有效提高轴瓦的使用寿命，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术中的上述问题，提出一种发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料，按重量百分比计，其包括：

进一步地，所述复合固体润滑材料由纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨稀和碳纳米管按质量比1:0.5～1.5：1～2:4～5复合而成。

进一步优选地，所述纳米二硫化钼粒径为80～100nm，所述聚四氟乙烯粒径为5～10μm，所述石墨稀粒径为10～50μm，所述碳纳米管管径为10～20nm、长度为10～30μm。

进一步地，所述复合耐磨材料由氮化硅、氟化钙和碳化硅按质量比1:3～5：1.5～2.2复合而成。

进一步优选地，所述氮化硅粒径为5～20μm，所述氟化钙粒径为5～50μm，所述碳化硅粒径为5～10μm。

进一步地，所述复合粘结剂为高分子改性环氧聚醚氟树脂,该树脂由高分子改性环氧树脂、环氧改性氟树脂和聚醚砜树脂复合而成。

进一步优选地，所述复合粘结剂为高分子改性环氧聚醚氟树脂中高分子改性环氧树脂固含量为40％、环氧改性氟树脂固含量为40％和聚醚砜树脂固含量为45％。

进一步地，所述助剂为分散剂、流平剂、防沉剂剂和抗结皮剂。

进一步优选地，所述分散剂为德国毕克公司BYK163、流平剂为德国毕克公司BYK333、防沉剂剂为德国毕克公司BYK410和抗结皮剂为无锡德宇化工的841，所述分散剂、流平剂、防沉剂剂和抗结皮剂均市售可得。

进一步优选地，所述溶剂由丙酮和乙酸甲脂复合而成按1:0.1-0.5的比例混合而成。

本发明的第二个方面是提供一种如上述所述发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料的制备方法，包括步骤：

(1)将配方量的溶剂加入分散桶，启动分散机，控制转速600r/min，缓慢加入分散剂，继续搅拌10min；

(2)向步骤(1)的混合溶液中加入复合固体润滑材料，于1000r/min、搅拌20min后，加入复合耐磨材料，调整转速为1200r/min，搅拌30min；

(3)向步骤(2)的混合溶液中加入复合粘结材料，于800r/min、搅拌30min后，缓慢加入流平剂、防沉剂剂和抗结皮剂，调整转速为600r/min，搅拌20～60min；

(4)采用研磨机对步骤(3)搅拌后的混合溶液进行研磨，控制研磨机转速为2000r/min，研磨2遍，过滤，即得。

进一步地，所述的发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料的制备方法，分别预先制备复合固体润滑材料、复合耐磨材料和复合粘结材料，其中：

所述复合固体润滑材料的制备工艺为：控制干粉混合设备的转速为25r/min，依次加入纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨烯和碳纳米管，加料间隔为10分钟，搅拌均匀，即得；

所述复合耐磨材料的制备工艺为：控制干粉混合设备的转速为23r/min，依次加入氮化硅、氟化钙、碳化硅，加料间隔为10分钟，搅拌均匀，即得；

所述复合粘结材料的制备工艺为：控制液体分散设备的转速为600r/min，将高分子改性环氧树脂和环氧改性氟树脂依次缓慢加入聚醚砜树脂中，搅拌均匀，即得。

本发明的第三个方面是提供一种如上述所述的发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料的应用，包括：应用于发动机轴瓦涂覆润滑耐磨涂层，或应用于需涂覆润滑耐磨涂层的其它金属材质表面。

本发明的第四个方面是提供一种发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料的使用方法，包括如下步骤：(1)采用喷涂的方式将润滑耐磨涂料喷涂在轴瓦内表面；(2)控制轴瓦表面喷涂厚度为10～50mm，表面涂层干后可以复涂；(3)将干燥后的喷涂有润滑耐磨涂料的轴瓦进行热固化，固化温度120～160℃，固化时间20～30min。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

(1)润滑方面：摩擦系数降低0.01(平均值)，综合摩擦系数降低10％；

(2)耐磨方面：耐磨时间延长30小时(同等测试条件)，耐磨性提高20％；

(3)应用方面：与轴瓦涂结合度提高1级，涂料湿润分散性好，方便操作；

(4)成本方面：成本比进口涂料降低30％左右，比国产同类产品降低15％左右，大大降低了轴瓦涂覆用润滑耐磨涂料的生产成本。

具体实施方式

本发明发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料中固体润滑材料的选择：从以下固体润滑材料：微米二硫化钼、纳米二硫化钼、微米二硫化钨、纳米二硫化钨、聚四氟乙烯、纳米铜粉、石墨、纳米石墨、氟化石墨、石墨烯、氧化铁和滑石粉等，根据轴瓦使用工艺技术要求不同进行优选，确定固体润滑材料为：纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨烯和碳纳米管四种材料复合。

本发明发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料中耐磨材料的选择：从以下耐磨材料：纳米氟化硼、纳米氮化硼、纳米氟化钙、纳米氮化硅、纳米碳化硅、纳米氧化铝、纳米氧化钛、纳米二氧化锆和玻璃粉等，根据轴瓦使用工艺技术要求不同进行优选，确定耐磨材料为：氮化硅、氟化钙和碳化硅三种复合。

本发明发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料中粘结剂的选择：从以下粘结剂材料：醇酸树脂、高分子改性环氧树脂、环氧改性氟树脂、聚醚砜树脂、酚醛树脂、环氧树脂、硅树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂等，根据轴瓦使用工艺技术要求不同进行优选，确定粘结材料为：高分子改性环氧树脂、环氧改性氟树脂和聚醚砜树脂复合。

本发明发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料中助剂的选择：所述涂料使用的分散剂为德国毕克公司BYK163、流平剂为德国毕克公司BYK333、防沉剂剂为德国毕克公司BYK410和抗结皮剂为无锡德宇化工的841。

上述本发明发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料所采用的各组分用量在现有技术中的技术指标如下表1所示：

表1

而本发明所提供的发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料所要求达到的技术效果如下表2所示：

特征	未做润滑耐磨涂层	现有润滑耐磨涂层	本案润滑耐磨涂层
				润滑性(摩擦系数)	0.17～0.3	0.06～0.07	0.05～0.06
耐磨性(同样条件)	20	70	96
				抗疲劳性	无	好	很好
附着性(百格法)	无	0～1级	0级

由表2可知，区别于现有的同类涂料，本发明发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料所要求达到的技术指标是：润滑方面：摩擦系数降低0.01(平均值)；耐磨方面：耐磨时间延长30小时(同等测试条件)；应用方面：涂料湿润分散性好，方便操作；成本方面：成本比进口涂料降低30％左右。

因此，本发明通过科研开发和实验研究，获得了发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料的最佳配方比例，如下表3所示：

表3

组分	质量比(％)
		复合固体润滑材料	20～40％
复合耐磨材料	12～15％
		复合粘接材料	20～30％
助剂	0.1～0.5％
		溶剂	20～40％

采用上述表3生产的发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料涂覆在轴瓦上，使得轴瓦的润滑性、耐磨性、磨合性、抗咬合性、抗疲劳性、承载能力等性能得到了提升，各项技术指标达到了预期要求，提高了发动机轴瓦在使用过程中的可靠性和使用寿命等；在国内多家企业测试，受到一致好评、经客户装机测评，其性能指标处于国内领先水平，大部分指标己达到或超越了国际先进轴瓦的性能指标。

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

实施例1发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料的制备

(一)称取原料：

纳米二硫化钼11.25g、聚四氟乙烯7.5g、石墨烯5g、碳纳米管1.25g；氮化硅2.4g、氟化钙3.6g、碳化硅6g；高分子改性环氧树脂6.25g、环氧改性氟树脂16.25g、聚醚砜树脂5g；分散剂0.24g、流平剂0.2g、防沉剂剂0.03g抗结皮剂0.03g；溶剂35g；

(二)复合耐磨材料、复合耐磨材料和复合粘接材料的配制：

配制复合固体润滑材料：控制干粉混合设备的转速为25r/min，依次加入配方量的纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨烯和碳纳米管，加料间隔为10分钟，搅拌均匀，即得；

配制复合耐磨材料：控制干粉混合设备的转速为23r/min，依次加入配方量的氮化硅、氟化钙、碳化硅，加料间隔为10分钟，搅拌均匀，即得；以及

配制复合粘结材料：控制液体分散设备的转速为600r/min，将高分子改性环氧树脂和环氧改性氟树脂缓慢加入聚醚砜树脂复合中，搅拌均匀，即得。

(三)制备发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料

实施例2发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料的制备

(一)称取原料：

纳米二硫化钼15g、聚四氟乙烯8g、石墨烯7g、碳纳米管6g；氮化硅6.5g、氟化钙4.5g、碳化硅3.5g；高分子改性环氧树脂8g、环氧改性氟树脂8g、聚醚砜树脂6g；分散剂0.25g、流平剂0.15g、防沉剂剂0.03g抗结皮剂0.03g；溶剂27.04g；

(二)复合耐磨材料、复合耐磨材料和复合粘接材料的配制：

配制复合固体润滑材料：控制干粉混合设备的转速为25r/min，依次加入配方量的二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨烯和碳纳米管，加料间隔为10分钟，搅拌均匀，即得；

(三)制备发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料

实施例3发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料的制备

(一)称取原料：

纳米二硫化钼10g、聚四氟乙烯9.45g、石墨烯4g、碳纳米管1g；氮化硅4.5g、氟化钙4.5g、碳化硅5g；高分子改性环氧树脂6.5g、环氧改性氟树脂11g、聚醚砜树脂6g；分散剂0.1g、流平剂0.2g、防沉剂剂0.03g、抗结皮剂0.02g；溶剂37.7g；

(二)复合耐磨材料、复合耐磨材料和复合粘接材料的配制：

(三)制备发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料

性能测试：

以上述实施例1、实施例2和实施例3制得的发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料涂覆的轴瓦为试验组1～3；以未做润滑耐磨涂层的轴瓦为对比组1，以上述现有已公开专利CN103216530A实施例所披露的具有减摩涂层的轴瓦作为对比组2，分别对试验组1～3和对比组1～2进行性能测试，具体测试结果如下表4所示：

表4

由上述表4测试结果可知，采用本发明发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料涂覆的轴瓦，在润滑方面，摩擦系数降低0.01(平均值)，综合摩擦系数降低10％；在耐磨方面：耐磨时间延长30小时(同等测试条件)，耐磨性提高20％；在应用方面：与轴瓦涂结合度提高1级，涂料湿润分散性好，方便操作；此外，在成本方面：成本比进口涂料降低30％左右，比国产同类产品降低15％左右，大大降低了轴瓦涂覆用润滑耐磨涂料的生产成本。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims

1.一种发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料，其特征在于，按重量百分比计，由以下组分配制而成：

复合固体润滑材料 20~40%

复合耐磨材料 12~15%

复合粘结剂 20~30%

助剂 0.1~0.5%

溶剂 20~40%；

其中，所述复合固体润滑材料由纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨烯和碳纳米管按质量比1:0.5~1.5:1~2:4~5复合而成；

所述复合耐磨材料由氮化硅、氟化钙和碳化硅按质量比1:3~5:1.5~2.2混合复合而成；

所述复合粘结剂为高分子改性环氧聚醚氟树脂，其由高分子改性环氧树脂、环氧改性氟树脂和聚醚砜树脂按质量比1:2:2~5复合而成。

2.根据权利要求1所述的发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料，其特征在于，所述二硫化钼粒径为80~100nm，所述聚四氟乙烯粒径为5~10μm，所述石墨烯粒径为10~50μm，所述碳纳米管管径为10~20 nm、长度为10~30μm。

3.根据权利要求1所述的发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料，其特征在于，所述氮化硅粒径为5~20μm，所述氟化钙粒径为5~50μm，所述碳化硅粒径为5~10μm。

4.根据权利要求1所述的发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料，其特征在于，所述高分子改性环氧树脂的固含量为40%、所述环氧改性氟树脂的固含量为40%，所述聚醚砜树脂的固含量为45%。

5.根据权利要求1所述的发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料，其特征在于，所述助剂为分散剂、流平剂、防沉剂和抗结皮剂。

6.一种如权利要求5所述发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

（1）将配方量的溶剂加入分散桶，启动分散机，控制转速600r/min，缓慢加入分散剂，继续搅拌10min；

（2）向步骤（1）的混合溶液中加入复合固体润滑材料，于1000r/min、搅拌20min后，加入复合耐磨材料，调整转速为1200r/min，搅拌30min；

（3）向步骤（2）的混合溶液中加入复合粘结剂，于800r/min、搅拌30min后，缓慢加入流平剂、防沉剂和抗结皮剂，调整转速为600r/min，搅拌20~60min；

（4）采用研磨机对步骤（3）搅拌后的混合溶液进行研磨，控制研磨机转速为2000r/min，研磨2遍，过滤，即得。

7.一种如权利要求1~5任一项所述的发动机轴瓦涂覆专用润滑耐磨涂料的应用，其特征在于，包括：应用于发动机轴瓦涂覆润滑耐磨涂层，或应用于需涂覆润滑耐磨涂层的其它金属材质表面。