CN110343362B - 一种PEEK/Zn复合粉体材料、制备工艺及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PEEK/Zn复合粉体材料、制备工艺及其应用，PEEK/Zn复合粉体材料是在微球型的PEEK粉末中混有Zn粉末，Zn粉末按重量百分比计，占比为10‑30％。本发明的优点是该复合粉体材料可以采用常规的喷涂、烧结等工艺实现与金属基底的复合，由于低熔点金属元素Zn的加入，使得PEEK/Zn复合涂层致密、与金属基底结合强度高、摩擦磨损性能优异，同时还具有优异的顺应性和嵌藏性。

Description

一种PEEK/Zn复合粉体材料、制备工艺及其应用
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，特别设计一种PEEK/Zn复合粉体材料、制备工艺及其应用。
背景技术
高分子自润滑材料广泛用于无油润滑(干摩擦条件)、水润滑等滑动部件中，取代了传统金属材料成为一类新型的润滑耐磨材料。聚醚醚酮，英文名称polyetheretherketone(简称PEEK)，PEEK是一种由聚芳醚酮聚合形成的半结晶热塑材料，其中的芳族环结构使PEEK能够承受较大的机械力(1383N)，耐受高温(300℃)，摩擦磨损性能优异，且具有一定的化学稳定性。现有技术中，作为减摩耐磨材料的PEEK需要与金属基底进行复合，作为多层材料的减摩耐磨层。但由于PEEK表面自由能低，且PEEK高分子和金属是两种差异极大的材料，因此在金属表面上复合的PEEK材料结合强度并不高；另外由于PEEK与金属之间存在较大的线膨胀系数差异，在受热和冷却条件下容易出现结合层开裂和剥落现象。因此，需要改进喷涂或热压所使用的PEEK原材料，以提高材料在钢、铜等金属表面的结合强度，获得综合性能优异的复合材料。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种PEEK/Zn复合粉体材料、制备工艺及其应用，该复合粉体材料可以实现与金属基底的复合，由于低熔点金属元素Zn的加入，使得PEEK/Zn复合涂层致密、与金属基底结合强度提高、摩擦磨损性能优异，另外还具有优异的顺应性和嵌藏性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种PEEK/Zn复合粉体材料，其特点是微球型的PEEK粉末中混有Zn粉末，所述Zn粉末按重量百分比计，占比为10-30％。
更进一步地，所述Zn粉末按重量百分比计，占比为15-20％。
更进一步地，所述Zn粉末为微球型，分布于PEEK粉末的内部及表面。
更进一步地，所述PEEK/Zn复合粉体材料呈微球型，球形度大于0.8，其粒径范围为10-80μm。
一种PEEK/Zn复合粉体材料的制备方法，其特点是包括以下步骤：
a.将定量的PEEK粉末和Zn粉末混合均匀并置于球磨机中混合，进一步混匀细化；
b.将经过表面粗化的金属基底置于模具中，再将步骤a中混匀的粉末加入合模；
c.预压将粉末压实，升温过程加压，且此过程须卸压3-4次排尽气体，再在所设温度下保温保压一定时间，保温结束后降温，并在一定温度下保温一定时间进行退火去除应力，最后保压状态下随烧结装置冷却至室温出模。
更进一步地，所述步骤b中的金属基底选用具有一定承载能力的金属，例如钢、铜及其合金以及其他金属。金属基底是应用PEEK/Zn复合粉体材料时要用到的，例如用在轴承耐磨润滑材料中，PEEK/Zn复合粉体材料作为表面耐磨层，还需要具有一定承载能力的金属作为金属基底，可以使PEEK/Zn复合粉体材料具有优异的综合性能。
更进一步地，所述步骤c中升温过程升温至350-450℃，速率控制在10℃/min以下，加压2.5-10MPa，保温保压时间为30-150min，保温结束后降温至200-300℃，降温速率≤2.5℃/min。
另一方面，本发明还提供了上述PEEK/Zn复合粉体材料在制备涂层材料中的应用。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)Zn在PEEK基体中具有良好的相容性，在PEEK中加入Zn可以大幅度提高PEEK与在钢、铜表面的结合性能。研究发现，当PEEK/Zn复合材料通过喷涂或烧结方式与钢进行复合时，在界面处Zn原子能够扩散至钢基体中，形成冶金结合进而大幅度提高结合强度。
(2)Zn是一种低熔点元素，在喷涂或者烧结的加热过程中能够成为液相，增加材料的流动性，从而获得密实度更高的涂层。
(3)Zn还具有硬度低、摩擦系数小的特性，用PEEK/Zn复合粉体材料制备的涂层材料均有相比纯PEEK材料更好的嵌藏性、顺应性和抗咬合性能。
附图说明
图1是实施例1得到的样品1摩擦磨损曲线。
图2是实施例2得到的样品2摩擦磨损曲线。
图3是实施例3得到的样品3摩擦磨损曲线。
图4是对比例1得到的样品4摩擦磨损曲线
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明作进一步的实例说明。
实施例1
A.将PEEK粉末和重量百分比为10％的Zn粉混合均匀并置于球磨机中混合均匀；
B.将经过表面粗化的金属基底置于模具中，再将混匀的粉末加入合模；
C.预压将粉末压实，升温至350-450℃，升温速率控制在10℃/min以下，在此过程中须加压2.5-10MPa卸压3-4次排尽气体，再在所设温度下保温保压30min-150min，保温结束后降温至200-300℃，降温速率控制在2.5℃/min以下,并保温60-180min进行退火去除应力，最后保压状态下随烧结装置冷却至室温出模，得到样品1。
样品1的摩擦磨损曲线如图1所示。
实施例2
A.将PEEK粉末和重量百分比为20％的Zn粉混合均匀并置于球磨机中混合均匀；
B.将经过表面粗化的金属基底置于模具中，再将混匀的粉末加入合模；
C.预压将粉末压实，升温至350-450℃，升温速率控制在10℃/min以下，在此过程中须加压2.5-10MPa卸压3-4次排尽气体，再在所设温度下保温保压30min-150min，保温结束后降温至200-300℃，降温速率控制在2.5℃/min以下,并保温60-180min进行退火去除应力，最后保压状态下随烧结装置冷却至室温出模，得到样品2。
样品2的摩擦磨损曲线如图2所示。
实施例3
A.将PEEK粉末和重量百分比为30％的Zn粉混合均匀并置于球磨机中混合均匀；
B.将经过表面粗化的金属基底置于模具中，再将混匀的粉末加入合模；
C.预压将粉末压实，升温至350-450℃，升温速率控制在10℃/min以下，在此过程中须加压2.5-10MPa卸压3-4次排尽气体，再在所设温度下保温保压30min-150min，保温结束后降温至200-300℃，降温速率控制在2.5℃/min以下,并保温60-180min进行退火去除应力，最后保压状态下随烧结装置冷却至室温出模，得到样品3。
样品3的摩擦磨损曲线如图3所示。
对比例1
A.将PEEK粉末置于球磨机中球磨；
B.将经过表面粗化的金属基底置于模具中，再将PEEK粉末加入合模；
C.预压将粉末压实，升温至350-450℃，升温速率控制在10℃/min以下，在此过程中须加压2.5-10MPa卸压3-4次排尽气体，再在所设温度下保温保压30min-150min，保温结束后降温至200-300℃，降温速率控制在2.5℃/min以下,并保温60-180min进行退火去除应力，最后保压状态下随烧结装置冷却至室温出模，得到样品4。
样品4的摩擦磨损曲线如图4所示
图1至3是PEEK/Zn复合粉体材料样品1至3的摩擦系数随摩擦磨损试验时间的变化曲线，由图中可以看出样品2中，Zn粉末含量为20％时摩擦系数最小也最稳定，摩擦磨损性能最优。
图4是对比例1使用的纯PEEK的样品的摩擦系数随摩擦磨损试验时间的变化曲线。通过图1至图3与图4的对比，可以看出添加Zn粉末使得磨损率降低，且Zn粉末含量20％时磨损率最低。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种PEEK/Zn复合粉体材料，其特征在于：PEEK/Zn复合粉体材料由微球型的PEEK粉末和Zn粉末组成，微球型的PEEK粉末中混有Zn粉末，所述Zn粉末按重量百分比计，占比为10-30%，该PEEK/Zn复合粉体材料应用于与金属基底复合。
2.根据权利要求1所述一种PEEK/Zn复合粉体材料，其特征在于：所述Zn粉末按重量百分比计，占比为15-20%。
3.根据权利要求1或2所述一种PEEK/Zn复合粉体材料，其特征在于：所述Zn粉末为微球型，分布于PEEK粉末的内部及表面。
4.根据权利要求1或2所述一种PEEK/Zn复合粉体材料，其特征在于：所述PEEK/Zn复合粉体材料呈微球型，球形度大于0.8，其粒径范围为10-80μm。
5.一种权利要求1所述PEEK/Zn复合粉体材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a.将定量的PEEK粉和Zn粉混合均匀并置于球磨机中混合，进一步混匀细化；
b.将经过表面粗化的金属基底置于模具中，再将步骤a中混匀的复合粉末加入合模；
c.预压将粉末压实，升温过程加压，且此过程须卸压3-4次排尽气体，再在所设温度下保温保压一定时间，保温结束后降温，并在一定温度下保温一定时间进行退火去除应力，最后保压状态下随烧结装置冷却至室温出模。
6.根据权利要求5所述一种PEEK/Zn复合粉体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤b中的金属基底选用具有一定承载能力的金属。
7.根据权利要求5所述一种PEEK/Zn复合粉体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤c中升温过程升温至350-450℃，速率控制在10℃/min以下，加压2.5-10MPa，保温保压时间为30-150min，保温结束后降温至200-300℃，降温速率≤2.5℃/min。
8.权利要求1-4任一项所述PEEK/Zn复合粉体材料在制备涂层材料中的应用。
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