CN109185328B - 一种具有石墨烯/纳米聚四氟乙烯散热润滑复合涂层的发动机曲轴及喷涂方法 - Google Patents

一种具有石墨烯/纳米聚四氟乙烯散热润滑复合涂层的发动机曲轴及喷涂方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有石墨烯/纳米聚四氟乙烯散热润滑复合涂层的发动机曲轴及喷涂方法，所述的曲轴材质为球墨铸铁，位于曲轴表面喷涂有起散热润滑作用的石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层，石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层与曲轴表面之间设有聚酰亚胺涂层，石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层的厚度为80～100μm。本发明通过在曲轴表面喷涂石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层，利用石墨烯具有较高的导热系数，而聚四氟乙烯具有耐高温的特点，摩擦系数极低，具有较高的耐高温、耐磨、减磨等优良性能，从而极大地提高了所述复合涂层的导热系数和耐磨系数，达到提高发动机曲轴的散热性能、耐磨性能以及使用寿命的目的。

Description

一种具有石墨烯/纳米聚四氟乙烯散热润滑复合涂层的发动 机曲轴及喷涂方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其是一种具有石墨烯/纳米聚四氟乙烯散热润滑复合涂层的发动机曲轴及喷涂方法。
背景技术
曲轴是发动机工作环境最恶劣的构件之一,它在高温和复杂载荷的作用下,很容易发生磨损和疲劳破坏，且随着机发动机功率强化程度的不断提高,曲轴的工作条件越来越恶劣,对发动机曲轴进行散热和耐磨性能提高成为十分必要和迫切的工作。如何在发动机恶劣的工作环境下进一步提高发动机的散热和润滑效果，最大程度地提高散热效率，是当前发动机散热领域急需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种可有效提高发动机曲轴的散热性能、耐磨性能及使用寿命的具有石墨烯/纳米聚四氟乙烯散热润滑复合涂层的发动机曲轴及喷涂方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有石墨烯/纳米聚四氟乙烯散热润滑复合涂层的发动机曲轴，所述的曲轴材质为球墨铸铁，位于曲轴表面喷涂有起散热润滑作用的石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层，石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层附着于曲轴表面，石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层的厚度为80～100μm。
进一步地，为更好地强化石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层与曲轴表面之间的粘接作用、提高曲轴的耐高温性能，所述的曲轴表面与石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层之间设有厚度为30～50μm的聚酰亚胺涂层。
一种上述石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层的喷涂方法，具有如下步骤：
a、将石墨烯、纳米聚四氟乙烯、溶剂以及表面活性剂进行混合，通过超声处理后形成稳定的石墨烯/纳米聚四氟乙烯分散液，然后向石墨烯/纳米聚四氟乙烯分散液中加入占比为1％的金属盐A1(NO3)3·9H2O，用以喷涂时加快石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层的沉积速率以及增加与曲轴基底的粘接力度；
b、使用带有双喷嘴的喷雾枪,以高压空气为载气，惰性气体作为防止曲轴金属材料被氧化的保护气体，将步骤a中得到的石墨烯/纳米聚四氟乙烯分散液均匀地喷涂在曲轴表面，最后经过固化处理得到石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层。
优选地，所述石墨烯/纳米聚四氟乙烯分散液中，石墨烯与纳米聚四氟乙烯之间的质量比为1:0.5～0.8。
进一步地，所述的表面活性剂为聚苯乙烯磺酸钠，由于石墨烯和纳米聚四氟乙烯在水中不能很好地分散，但当加入少量表面活性剂聚苯乙烯磺酸钠后，由于亲水性官能团的作用，石墨烯和纳米聚四氟乙烯可在高剪切速率下进行分散，其中石墨烯、纳米聚四氟乙烯、聚苯乙烯磺酸钠之间的质量比为1:0.8:0.2。
所述石墨烯/纳米聚四氟乙烯、溶剂和聚苯乙烯磺酸钠混合液的超声处理时间为五小时，超声处理时采用的超声频率为50KHZ，超声功率为3000W。
在喷涂石墨烯/纳米聚四氟乙烯分散液之前，先在发动机的曲轴表面喷涂厚度为30～50μm的聚酰亚胺涂层，以提高石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层与曲轴表面之间的粘接效果。
喷雾枪采用的高压空气压力为10MPa，惰性气体为气压0.2～0.5Mpa氩气。
本发明的有益效果是：本发明在曲轴表面喷涂石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层，由于石墨烯具有较高的导热系数，比一般的金属导热系数高出许多，而聚四氟乙烯具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低，具有较高的耐高温、耐磨、减磨等优良性能，因此可极大地提高复合涂层的导热系数和耐磨系数，更好拓展材料的使用领域和性能，从而达到提高发动机曲轴的散热性能、耐磨性能以及使用寿命的目的。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述曲轴的结构示意图。
图2是本发明所述曲轴的局部放大示意图。
图中：1.曲轴 2.聚酰亚胺涂层 3.石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1、图2所示，一种具有石墨烯/纳米聚四氟乙烯散热润滑复合涂层的发动机曲轴，所述的曲轴1材质为球墨铸铁，位于曲轴1表面喷涂有起散热润滑作用的石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层3，所述的曲轴1与石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层3之间设有聚酰亚胺涂层2。
其中石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层3的厚度为90μm，聚酰亚胺涂层2的厚度为40μm。
一种上述石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层3的喷涂方法，具有如下步骤：
a、将石墨烯、纳米聚四氟乙烯、溶剂以及作为表面活性剂的聚苯乙烯磺酸钠进行混合，通过超声处理五小时后形成稳定的石墨烯/纳米聚四氟乙烯分散液，超声处理时采用的超声频率为50KHZ，超声功率为3000W；然后向石墨烯/纳米聚四氟乙烯分散液中加入占比为1％的金属盐A1(NO3)3·9H2O，用以喷涂时加快石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层3的沉积速率，并可增加与曲轴1基底的粘接力度。
b、使用带有双喷嘴的喷雾枪,以压力为10MPa的高压空气为载气，气压为0.4Mpa氩气为保护气体，以防止曲轴1金属材料被氧化，首先在曲轴1表面喷涂厚度为40μm的聚酰亚胺涂层2，然后将步骤a中得到的石墨烯/纳米聚四氟乙烯分散液均匀地喷涂在曲轴1表面，最后经过固化处理得到厚度为90μm的石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层3。
上述聚酰亚胺涂层2可起到强化石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层3与曲轴1之间的粘接作用，并提高曲轴1使用时的耐高温性能。
所述溶剂为去离子水、乙醇和丙酮的混合溶剂，体积比为1：1～3：1～3。
所述石墨烯/纳米聚四氟乙烯分散液中，石墨烯与纳米聚四氟乙烯之间的质量比为1:0.8。
在混合石墨烯、纳米聚四氟乙烯过程中，采用聚苯乙烯磺酸钠作为表面活性剂，由于石墨烯和纳米聚四氟乙烯在水中不能很好地分散，但当加入少量表面活性剂聚苯乙烯磺酸钠后，由于亲水性官能团的作用，石墨烯和纳米聚四氟乙烯可在高剪切速率下进行快速分散，从而解决了石墨烯和纳米聚四氟乙烯在水中不能很好地分散的问题，其中石墨烯、纳米聚四氟乙烯、聚苯乙烯磺酸钠之间的质量比为1:0.8:0.2。
混合所得的石墨烯/纳米聚四氟乙烯分散液经喷雾枪喷涂于曲轴1表面后，所形成的石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层3牢固地附着在曲轴1表面，从而大幅度提高了发动机所用曲轴1的散热性能、耐磨性能以及使用寿命。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种具有石墨烯/纳米聚四氟乙烯散热润滑复合涂层的发动机曲轴的喷涂方法，所述的曲轴表面喷涂有起散热润滑作用的石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层；所述的曲轴材质为球墨铸铁，石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层附着于曲轴表面，石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层的厚度为80～100μm；所述的曲轴与石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层之间设有厚度为30～50μm的聚酰亚胺涂层，
其特征是：具有如下步骤：
a、将石墨烯/纳米聚四氟乙烯、溶剂、表面活性剂进行混合，通过超声处理后形成稳定的石墨烯/纳米聚四氟乙烯分散液，然后向石墨烯/纳米聚四氟乙烯分散液中加入占比为1％的金属盐A1(NO3)3·9H2O；所述石墨烯/纳米聚四氟乙烯分散液中，石墨烯与纳米聚四氟乙烯之间的质量比为1:0.5～0.8；所述的表面活性剂为聚苯乙烯磺酸钠，石墨烯、纳米聚四氟乙烯、聚苯乙烯磺酸钠之间的质量比为1:0.8:0.2；石墨烯/纳米聚四氟乙烯、溶剂和聚苯乙烯磺酸钠混合液的超声处理时间为五小时，超声处理时采用的超声频率为50KHZ，超声功率为3000W；
b、使用带有双喷嘴的喷雾枪,以高压空气为载气，惰性气体作为防止曲轴金属材料被氧化的保护气体，将步骤a中得到的石墨烯/纳米聚四氟乙烯分散液均匀地喷涂在曲轴表面，最后经过固化处理得到石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层。
2.如权利要求1所述的石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层的喷涂方法，其特征是：步骤b中，在喷涂石墨烯/纳米聚四氟乙烯分散液之前，先在发动机的曲轴表面喷涂厚度为30～50μm的聚酰亚胺涂层。
3.如权利要求1所述的石墨烯/纳米聚四氟乙烯复合涂层的喷涂方法，其特征是：步骤b中，喷雾枪采用的高压空气压力为10MPa，惰性气体为气压0.2～0.5Mpa氩气。
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