CN110774686A - 一种高分子固体复合自润滑材料及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高分子固体复合自润滑材料及其加工工艺，包括金属基体层、PES中间层和塑料工作层，金属基体(3)的材料为45#钢、铝合金、铜合金中的其中一种；PES中间层为采用静电喷涂的聚醚砜PES粉末；塑料工作层为聚醚醚酮粉末、聚酰亚胺粉末和聚四氟乙稀的混合物；本发明中的聚四氟乙稀作为主要的减摩耐磨材抖.但是其与金属结合性差，所以选择PES作为基体材料，其主要是机械性能，耐冲击性能，以及更好的与聚四氟乙稀相结合。

Description

一种高分子固体复合自润滑材料及其加工工艺
技术领域
本发明涉及自润滑材料领域，具体是一种高分子固体复合自润滑材料及其加工工艺。
背景技术
随着现代科技的迅速发展，各工业产业对机械不断要求高性能化，其动力的传动条件也变得越来越苛刻，载荷和运转速度的急剧增高，迫使越来越多的工况条件都要处于少油甚至无油的润滑状态，因此对工件的制造要求也越来越高，相应的推动着材料向高强度、高韧性、耐腐蚀、抗冲击、抗疲劳以及耐高温等方面发展，这不是传统的单一材料所能满足的。自润滑材料一般由两种或者两种以上异性、异质材料，以微观或者宏观的方式复合制成，它包括基体组元和功能组元或者增强体，相对于传统的单一材料具有高比强、高硬度、耐磨损等突出优点。
现有技术中一般通过温度、压力保证塑料工作层与多孔铜粉复合板材的结合强度，所以制作成本大、产量低、产品质量成品率较低、产品的一致性、稳定性还不够好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高分子固体复合自润滑材料及其加工工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高分子固体复合自润滑材料，包括金属基体层、PES中间层和塑料工作层，金属基体(3)的材料为45#钢、铝合金、铜合金中的其中一种；PES中间层为采用静电喷涂的聚醚砜PES粉末；塑料工作层为聚醚醚酮粉末、聚酰亚胺粉末和聚四氟乙稀的混合物，
其中，塑料工作层各材料的质量百分比为：
聚醚醚酮粉末 5-25％、
聚酰亚胺粉末 2-17％、
聚四氟乙稀 余量。
高分子固体复合自润滑材料加工工艺，包括以下步骤：
S1、金属处理：对金属基体表面进行清洁和粗糙处理，使得PES中间层与金属基体层结合更加牢固；
S1.1、清洁处理；
S1.2、粗化处理；
S2、金属基体预热；
S3、聚醚砜PES粉末静电喷涂；
S4、塑料工作层材料的混合；
S5、热压成型；
进一步的，所述步骤S1.1、清洁处理：
先对金属基体表面进行机械磨平，再采用除油-水洗-中和-水洗-表调-磷化-水洗-烘千，工艺过程去除表面氧化物、油污、灰尘，经过磷化处理后的钢板能在其表面形成不溶性的一层磷酸盐保护胰，具有很好的防锈能力和附着力。
清洁处理目的是去除金属基体表面的污垢，如油渍、氧化皮、油漆以及其它污染物，清洁处理的关键是去除渗入基体之中的油脂。
进一步的，所述步骤S1.2、粗化处理：
喷丸处理金属基体表面处理，喷丸处理选用铸钢丸；其硬度一般为40-50HRC，喷丸速度为60m/s，喷丸距离在200-400mm的范围之间，喷丸角度在60°-80°之间。
进一步的，所述步骤S2、金属基体预热：采用高频炉对金属基体进行均匀加热，加热温度在80-120℃之间，避免局部温度过高使表面产生黄色和蓝色薄膜，而影响PES中间层的结合强度；金属基体预热可以有效去除金属基体的表面水分和湿气，同时使得金属基体表面接触聚醚砜PES粉末界面的温度提高，基体的热膨胀会使PES中间层应力减少、有效避免PES中间层开裂，从而使基体和涂层的结合强度提高。
进一步的，所述步骤S3、聚醚砜PES粉末静电喷涂：采用静电喷涂设备对金属基体表面喷涂一层厚度为10um的PES中间层，静电喷涂参数：静电高压50-80kw、静电电流10-18μA、流速压力0.40-0.55MPa、雾化压力0.20-0.40MPa、清枪压力0.6MPa、供粉桶流化压力0.10-0.20MPa、供粉量200g/min、喷枪口至工件的距离150-180mm。
进一步的，所述步骤S4、塑料工作层材料的混合：将聚醚醚酮粉末、聚酰亚胺粉末和聚四氟乙稀按照配比统一加入混合机内混合约10-60分钟，再将混合均匀的粉料加入粉末挤出机内加热熔融挤出，加热段温度为70-90℃，挤出段温度为110-130℃，将挤出物料滚压成0.5-1.5mm薄片，冷却后将片材粉碎、分级筛选，收集符合粒度要求的粉料，较粗预聚物粒子再重复进行粉碎，如此反复制得待用的固体粉末涂料，其粒径在10-80目之间。
进一步的，所述步骤S5、热压成型：先将模压模具表面清理于净，放入真空中加热到380℃开模，在凸凹模的表面均匀喷涂硅型脱模剂；待模具冷却后，将步骤3得到的金属基体作为嵌件放入模压模具中。将塑料工作层材料混料均匀平铺在PES中间层上，平铺厚度为2-5mm，合模加压4-6MPa，以15℃/min的速度升温，为避免在此过程中型胚产生夹层气泡，需放气3-4次:待温度升至340℃后保持恒温0.5小时，然后加压至10-12MPa，并升温至380℃后保持恒温1小时，最后在保压条件下冷却，使模具降温至130℃左右脱模即可。
进一步的，粗化处理后金属基体表面的活性很大，很容易氧化，所以必须在短时间内进行喷涂，一般不能超过2小时，更不能用手和其它污物碰触喷丸表面，否则会降低PES中间层与金属基体表面的结合强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中的聚四氟乙稀作为主要的减摩耐磨材抖.但是其与金属结合性差，所以选择PES作为基体材料，其主要是机械性能，耐冲击性能，以及更好的与聚四氟乙稀相结合；清洁处理目的是去除金属基体表面的污垢，如油渍、氧化皮、油漆以及其它污染物，清洁处理的关键是去除渗入基体之中的油脂。
通过金属基体预热可以有效去除金属基体的表面水分和湿气，同时使得金属基体表面接触聚醚砜PES粉末界面的温度提高，基体的热膨胀会使PES中间层应力减少、有效避免PES中间层开裂，从而使基体和涂层的结合强度提高。
附图说明
图1为一种高分子固体复合自润滑材料加工工艺的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
一种高分子固体复合自润滑材料，
包括金属基体层、PES中间层和塑料工作层，金属基体(3)的材料为45#钢、铝合金、铜合金中的其中一种；PES中间层为采用静电喷涂的聚醚砜PES粉末；塑料工作层为聚醚醚酮粉末、聚酰亚胺粉末和聚四氟乙稀的混合物，
其中，塑料工作层各材料的质量百分比为：
聚醚醚酮粉末 5-25％、
聚酰亚胺粉末 2-17％、
聚四氟乙稀 余量；
请参阅图1，高分子固体复合自润滑材料加工工艺，包括以下步骤：
S1、金属处理：对金属基体表面进行清洁和粗糙处理，使得PES中间层与金属基体层结合更加牢固；
S1.1、清洁处理：
先对金属基体表面进行机械磨平，再采用除油-水洗-中和-水洗-表调-磷化-水洗-烘千，工艺过程去除表面氧化物、油污、灰尘，经过磷化处理后的钢板能在其表面形成不溶性的一层磷酸盐保护胰，具有很好的防锈能力和附着力。
清洁处理目的是去除金属基体表面的污垢，如油渍、氧化皮、油漆以及其它污染物，清洁处理的关键是去除渗入基体之中的油脂。
S1.2、粗化处理：
喷丸处理金属基体表面处理，喷丸处理选用铸钢丸；其硬度一般为40-50HRC，喷丸速度为60m/s，喷丸距离在200-400mm的范围之间，喷丸角度在60°-80°之间；
粗化处理的目的是增加涂层和金属基体之间的接触面，使净化处理过的表面更加活化，提高涂层的结合强度。同时，基体表面粗化还可改变涂层中残余应力的分布；喷丸处理不仅可以清除金属基体表面污物，还可以使金属基体表面产生一定的粗糙度，使基体表面产生残余应力，提高基体表面疲劳强度。喷丸还能使基体表面活化，从而提高喷涂层的结合强度。
值得注意的是，粗化处理后金属基体表面的活性很大，很容易氧化，所以必须在短时间内进行喷涂，一般不能超过2小时，更不能用手和其它污物碰触喷丸表面，否则会降低PES中间层与金属基体表面的结合强度。
S2、金属基体预热：
采用高频炉对金属基体进行均匀加热，加热温度在80-120℃之间，避免局部温度过高使表面产生黄色和蓝色薄膜，而影响PES中间层的结合强度。
金属基体预热可以有效去除金属基体的表面水分和湿气，同时使得金属基体表面接触聚醚砜PES粉末界面的温度提高，基体的热膨胀会使PES中间层应力减少、有效避免PES中间层开裂，从而使基体和涂层的结合强度提高。
S3、聚醚砜PES粉末静电喷涂：
采用静电喷涂设备对金属基体表面喷涂一层厚度为10um的PES中间层，静电喷涂参数：静电高压50-80kw、静电电流10-18μA、流速压力0.40-0.55MPa、雾化压力0.20-0.40MPa、清枪压力0.6MPa、供粉桶流化压力0.10-0.20MPa、供粉量200g/min、喷枪口至工件的距离150-180mm；
S4、塑料工作层材料的混合：将
聚醚醚酮粉末、聚酰亚胺粉末和聚四氟乙稀按照配比统一加入混合机内混合约10-60分钟，再将混合均匀的粉料加入粉末挤出机内加热熔融挤出，加热段温度为70-90℃，挤出段温度为110-130℃，将挤出物料滚压成0.5-1.5mm薄片，冷却后将片材粉碎、分级筛选，收集符合粒度要求的粉料，较粗预聚物粒子再重复进行粉碎，如此反复制得待用的固体粉末涂料，其粒径在10-80目之间；
S5、热压成型：
先将模压模具表面清理于净，放入真空中加热到380℃开模，在凸凹模的表面均匀喷涂硅型脱模剂；待模具冷却后，将步骤3得到的金属基体作为嵌件放入模压模具中。将塑料工作层材料混料均匀平铺在PES中间层上，平铺厚度为2-5mm，合模加压4-6MPa，以15℃/min的速度升温，为避免在此过程中型胚产生夹层气泡，需放气3-4次:待温度升至340℃后保持恒温0.5小时，然后加压至10-12MPa，并升温至380℃后保持恒温1小时，最后在保压条件下冷却，使模具降温至130℃左右脱模即可。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种高分子固体复合自润滑材料，包括金属基体层、PES中间层和塑料工作层，其特征在于，金属基体(3)的材料为45#钢、铝合金、铜合金中的其中一种；PES中间层为采用静电喷涂的聚醚砜PES粉末；塑料工作层为聚醚醚酮粉末、聚酰亚胺粉末和聚四氟乙稀的混合物，
其中，塑料工作层各材料的质量百分比为：
聚醚醚酮粉末 5-25％、
聚酰亚胺粉末 2-17％、
聚四氟乙稀 余量。
2.一种高分子固体复合自润滑材料加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、金属处理：对金属基体表面进行清洁和粗糙处理，使得PES中间层与金属基体层结合更加牢固；
S1.1、清洁处理；
S1.2、粗化处理；
S2、金属基体预热；
S3、聚醚砜PES粉末静电喷涂；
S4、塑料工作层材料的混合；
S5、热压成型。
3.根据权利要求2所述的一种高分子固体复合自润滑材料加工工艺，其特征在于，所述步骤S1.1、清洁处理：先对金属基体表面进行机械磨平，再采用除油-水洗-中和-水洗-表调-磷化-水洗-烘千，工艺过程去除表面氧化物、油污、灰尘，经过磷化处理后的钢板能在其表面形成不溶性的一层磷酸盐保护胰，具有很好的防锈能力和附着力；
清洁处理目的是去除金属基体表面的污垢，如油渍、氧化皮、油漆以及其它污染物，清洁处理的关键是去除渗入基体之中的油脂。
4.根据权利要求2所述的一种高分子固体复合自润滑材料加工工艺，其特征在于，所述步骤S1.2、粗化处理：
喷丸处理金属基体表面处理，喷丸处理选用铸钢丸；其硬度一般为40-50HRC，喷丸速度为60m/s，喷丸距离在200-400mm的范围之间，喷丸角度在60°-80°之间。
5.根据权利要求2所述的一种高分子固体复合自润滑材料加工工艺，其特征在于，所述步骤S2、金属基体预热：采用高频炉对金属基体进行均匀加热，加热温度在80-120℃之间，避免局部温度过高使表面产生黄色和蓝色薄膜，而影响PES中间层的结合强度；金属基体预热可以有效去除金属基体的表面水分和湿气，同时使得金属基体表面接触聚醚砜PES粉末界面的温度提高，基体的热膨胀会使PES中间层应力减少、有效避免PES中间层开裂，从而使基体和涂层的结合强度提高。
6.根据权利要求2所述的一种高分子固体复合自润滑材料加工工艺，其特征在于，所述步骤S3、聚醚砜PES粉末静电喷涂：采用静电喷涂设备对金属基体表面喷涂一层厚度为10um的PES中间层，静电喷涂参数：静电高压50-80kw、静电电流10-18μA、流速压力0.40-0.55MPa、雾化压力0.20-0.40MPa、清枪压力0.6MPa、供粉桶流化压力0.10-0.20MPa、供粉量200g/min、喷枪口至工件的距离150-180mm。
7.根据权利要求2所述的一种高分子固体复合自润滑材料加工工艺，其特征在于，所述步骤S4、塑料工作层材料的混合：将聚醚醚酮粉末、聚酰亚胺粉末和聚四氟乙稀按照配比统一加入混合机内混合约10-60分钟，再将混合均匀的粉料加入粉末挤出机内加热熔融挤出，加热段温度为70-90℃，挤出段温度为110-130℃，将挤出物料滚压成0.5-1.5mm薄片，冷却后将片材粉碎、分级筛选，收集符合粒度要求的粉料，较粗预聚物粒子再重复进行粉碎，如此反复制得待用的固体粉末涂料，其粒径在10-80目之间。
8.根据权利要求2所述的一种高分子固体复合自润滑材料加工工艺，其特征在于，所述步骤S5、热压成型：先将模压模具表面清理于净，放入真空中加热到380℃开模，在凸凹模的表面均匀喷涂硅型脱模剂；待模具冷却后，将步骤3得到的金属基体作为嵌件放入模压模具中。将塑料工作层材料混料均匀平铺在PES中间层上，平铺厚度为2-5mm，合模加压4-6MPa，以15℃/min的速度升温，为避免在此过程中型胚产生夹层气泡，需放气3-4次:待温度升至340℃后保持恒温0.5小时，然后加压至10-12MPa，并升温至380℃后保持恒温1小时，最后在保压条件下冷却，使模具降温至130℃左右脱模即可。
9.根据权利要求2所述的一种高分子固体复合自润滑材料加工工艺，其特征在于，粗化处理后金属基体表面的活性很大，很容易氧化，所以必须在短时间内进行喷涂，一般不能超过2小时，更不能用手和其它污物碰触喷丸表面，否则会降低PES中间层与金属基体表面的结合强度。
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