CN110450328A - 一种纳米钢基自润滑复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米钢基自润滑复合材料及其制备方法，所述的一种纳米钢基自润滑复合材料由上到下依次由纳米工作层以及钢基体组成；所述纳米工作层材料的各成分质量百分含量为：纳米三氧化二铝20～30％，聚四氟乙烯50～60％，碳纤维10～20％，二硫化钼10％；本发明解决了当前钢基自润滑复合材料结合强度低、摩擦磨损性能高、使用寿命短等缺点，本发明提供一种以钢基与混合纳米材料牢固结合、摩擦磨损性能高、机械强度高、耐磨性能好、耐冲击性好的纳米钢基复合材料。

Description

一种纳米钢基自润滑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，具体而言，涉及到一种纳米钢基自润滑复合材料及其制备方法。
背景技术
当前，随着汽车工业、食品机械、化工等行业的快速发展，对各类摩擦部件的要求越来越高。通常零部件润滑采用润滑油进行润滑，对于工况恶劣的场合,传统的液体润滑方法已难以满足要求。特别是在需要无油润滑的如食品、制药、水利、纺织、航空机械等行业，因此，自润滑材料已成为润滑领域的一类新材料，当前钢基自润滑复合材料由于结合强度低、摩擦系数高、使用寿命短等缺点，所以急需一种更有效的技术，该技术需要有低的摩擦磨损系数、高的结合强度、使用寿命长、简化的生产工艺、低的成本。
发明内容
本发明的第一个目的是克服上述现有技术的问题，提供一种以钢基与混合纳米材料牢固结合、摩擦系数低、机械强度高、耐磨性能好、耐冲击性好的纳米钢基复合材料。
本发明的第二个目的是提供该纳米钢基自润滑复合材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明的技术方案是：一种纳米钢基自润滑复合材料，所述的一种纳米钢基自润滑复合材料由上到下依次由纳米工作层以及钢基体组成；所述纳米工作层材料的各成分质量百分含量为：纳米三氧化二铝20～30％，聚四氟乙烯50～60％，碳纤维10～20％，二硫化钼10％；
进一步的，所述纳米三氧化二铝的粒径为20nm，体积密度为0.25g/cm3，聚四氟乙烯的粒度为10μm，密度为2.15g/cm3；碳纤维的粒度为30～40μm；二硫化钼的粒度为30～50μm。
进一步的，所述的钢基体经过纳米处理。
所述纳米钢基自润滑复合材料的制备方法如下：
1)对钢基进行超声波清洗，时间为40～60min，然后将钢基放入浓硫酸与水的混合液中浸泡20～30min，其中浓硫酸与水比重为1:1，再将钢基放入质量百分比浓度为5％-10％的强碱水溶液中碱洗，浸泡时间为20～30min，所述强碱水溶液为氢氧化钠溶液，然后对钢基用去离子水清洗5次，将钢基放入真空烘干机中烘干，烘干机的温度设置为90℃，时间为60min，烘干后对钢基体进行高能喷丸纳米处理，喷丸直径为0.5mm，喷丸速度为60m/s，喷丸时间为30～60min；
2)按质量百分含量的配比，纳米三氧化二铝20～30％，聚四氟乙烯50～60％，碳纤维10～20％，二硫化钼10％，将纳米工作层材料放入烘干机中进行烘干，烘干机的温度设置为80℃，时间为2小时，烘干结束将纳米工作层的材料混合均匀；
3)将处理过的纳米工作层材料与钢基放入压制烧结炉中，在10min内将模具温度升高到90℃对模具与纳米工作层材料进行预热，预热结束采用70～80Mpa的压力对纳米钢基自润滑复合材料进行预压，然后卸载压力，再继续加热并重新加压，预压结束进行排气处理，在5min内将温度升至300℃，压力达到7～8Mpa，且纳米工作层进入熔融状态之前进行卸压排气，排气动作要连续三次，每次持续时间为15秒，排气后继续加热，重新加载压力，在40min内将温度升高到300℃、压力升高到7～8Mpa，并保温90min，最后卸掉压力，将纳米钢基自润滑复合材料成型件随炉冷却至80℃脱模。
本发明具有以下有益效果：本发明解决了当前钢基自润滑复合材料结合强度低、摩擦磨损性能高、使用寿命短等缺点，本发明提供一种以钢基与混合纳米材料牢固结合、摩擦磨损性能高、机械强度高、耐磨性能好、耐冲击性好的纳米钢基复合材料。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明做进一步描述：
实施例1:
1)对钢基进行超声波清洗，时间为40min，然后将钢基放入浓硫酸与水的混合液中浸泡20min，其中浓硫酸与水比重为1:1，再将钢基放入质量百分比浓度为5％的强碱水溶液中碱洗，浸泡时间为20min，所述强碱水溶液为氢氧化钠溶液，然后对钢基用去离子水清洗5次，将钢基放入真空烘干机中烘干，烘干机的温度设置为90℃，时间为60min，烘干后对钢基体进行高能喷丸纳米处理，喷丸直径为0.5mm，喷丸速度为60m/s，喷丸时间为30min；
2)按质量百分含量的配比，纳米三氧化二铝20％，聚四氟乙烯50％，碳纤维20％，二硫化钼10％，将纳米工作层材料放入烘干机中进行烘干，烘干机的温度设置为80℃，时间为2小时，烘干结束将纳米工作层的材料混合均匀；
3)将处理过的纳米工作层材料与钢基放入压制烧结炉中，在10min内将模具温度升高到90℃对模具与纳米工作层材料进行预热，预热结束采用70Mpa的压力对纳米钢基自润滑复合材料进行预压，然后卸载压力，再继续加热并重新加压，预压结束进行排气处理，在5min内将温度升至300℃，压力达到7Mpa，且纳米工作层进入熔融状态之前进行卸压排气，排气动作要连续三次，每次持续时间为15秒，排气后继续加热，重新加载压力，在40min内将温度升高到300℃、压力升高到7Mpa，并保温90min，最后卸掉压力，将纳米钢基自润滑复合材料成型件随炉冷却至80℃脱模。
实施例2:
1)对钢基进行超声波清洗，时间为60min，然后将钢基放入浓硫酸与水的混合液中浸泡30min，其中浓硫酸与水比重为1:1，再将钢基放入质量百分比浓度为10％的强碱水溶液中碱洗，浸泡时间为30min，所述强碱水溶液为氢氧化钠溶液，然后对钢基用去离子水清洗5次，将钢基放入真空烘干机中烘干，烘干机的温度设置为90℃，时间为60min，烘干后对钢基体进行高能喷丸纳米处理，喷丸直径为0.5mm，喷丸速度为60m/s，喷丸时间为60min；
2)按质量百分含量的配比，纳米三氧化二铝30％，聚四氟乙烯50％，碳纤维10％，二硫化钼10％，将纳米工作层材料放入烘干机中进行烘干，烘干机的温度设置为80℃，时间为2小时，烘干结束将纳米工作层的材料混合均匀；
3)将处理过的纳米工作层材料与钢基放入压制烧结炉中，在10min内将模具温度升高到90℃对模具与纳米工作层材料进行预热，预热结束采用80Mpa的压力对纳米钢基自润滑复合材料进行预压，然后卸载压力，再继续加热并重新加压，预压结束进行排气处理，在5min内将温度升至300℃，压力达到8Mpa，且纳米工作层进入熔融状态之前进行卸压排气，排气动作要连续三次，每次持续时间为15秒，排气后继续加热，重新加载压力，在40min内将温度升高到300℃、压力升高到8Mpa，并保温90min，最后卸掉压力，将纳米钢基自润滑复合材料成型件随炉冷却至80℃脱模。
将样品1到样品2与市售产品进行结合强度、摩擦磨损性能、中值疲劳寿命对比实验，对比数据如下。
样品值/市售值 样品1 样品2
结合强度 1.68倍 1.93倍
摩擦磨损性能 1.25倍 1.36倍
中值疲劳寿命 5.69倍 6.94倍
从数据可知，采用本发明的纳米复合材料与目前市售产品相比，结合强度、摩擦磨损性能、中值疲劳寿命大大提高。同时，本发明的制备方法简单易行，成本低廉，适合大规模生产与应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种纳米钢基自润滑复合材料及其制备方法，其特征在于，所述的一种纳米钢基自润滑复合材料由上到下依次由纳米工作层以及钢基体组成；所述纳米工作层材料的各成分质量百分含量为：纳米三氧化二铝20～30％，聚四氟乙烯50～60％，碳纤维10～20％，二硫化钼10％。
2.根据权利要求1所述的一种纳米钢基自润滑复合材料及其制备方法，其特征在于，所述纳米三氧化二铝的粒径为20nm，体积密度为0.25g/cm3，聚四氟乙烯的粒度为10μm，密度为2.15g/cm3；碳纤维的粒度为30～40μm；二硫化钼的粒度为30～50μm，所述的钢基体经过纳米处理。
3.根据权利要求1至2任一项所述的纳米钢基自润滑复合材料及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对钢基进行超声波清洗，时间为40～60min，然后将钢基放入浓硫酸与水的混合液中浸泡20～30min，其中浓硫酸与水比重为1:1，再将钢基放入质量百分比浓度为5％-10％的强碱水溶液中碱洗，浸泡时间为20～30min，所述强碱水溶液为氢氧化钠溶液，然后对钢基用去离子水清洗5次，将钢基放入真空烘干机中烘干，烘干机的温度设置为90℃，时间为60min，烘干后对钢基体进行高能喷丸纳米处理，喷丸直径为0.5mm，喷丸速度为60m/s，喷丸时间为30～60min；
2)按质量百分含量的配比，纳米三氧化二铝20～30％，聚四氟乙烯50～60％，碳纤维10～20％，二硫化钼10％，将纳米工作层材料放入烘干机中进行烘干，烘干机的温度设置为80℃，时间为2小时，烘干结束将纳米工作层的材料混合均匀；
3)将处理过的纳米工作层材料与钢基放入压制烧结炉中，在10min内将模具温度升高到90℃对模具与纳米工作层材料进行预热，预热结束采用70～80Mpa的压力对纳米钢基自润滑复合材料进行预压，然后卸载压力，再继续加热并重新加压，预压结束进行排气处理，在5min内将温度升至300℃，压力达到7～8Mpa，且纳米工作层进入熔融状态之前进行卸压排气，排气动作要连续三次，每次持续时间为15秒，排气后继续加热，重新加载压力，在40min内将温度升高到300℃、压力升高到7～8Mpa，并保温90min，最后卸掉压力，将纳米钢基自润滑复合材料成型件随炉冷却至80℃脱模。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113815177A (zh) * 2021-08-16 2021-12-21 维达力实业（赤壁）有限公司 复合板材的压制成型方法、复合板材盖板及其制备方法
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