CN112413383A - 一种基于光固化的织构内固体润滑剂的填充方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光固化的织构内固体润滑剂的填充方法，包括以下步骤：S1、取二硫化钼和/或石墨作为固体润滑材料，其中二硫化钼的粒径为200～325目、莫氏硬度为1～1.5、摩擦系数为0.05～0.1，石墨的粒径为400～550目；S2、按照(1～1.5)：(1～1.5)：1的比例取光固化剂、稀释剂和固体润滑材料，将光固化剂和稀释剂混合搅拌3～5min后，加入固体润滑材料搅拌均匀，得到液态润滑材料；S3、将液态填充材料放入摩擦副表面的微织构中，用波长为320～400nm的紫外光照射固化，固化时间为30～90min。本发明实现固体润滑剂在摩擦副表面的缓释，实现微织构对摩擦副表面润滑的改善，更环保，固化速度快。

Description

一种基于光固化的织构内固体润滑剂的填充方法

技术领域

本发明属于减磨减阻技术领域，具体涉及一种基于光固化的织构内固体润滑剂的填充方法。

背景技术

表面微织构技术在减摩减阻领域可以发挥巨大的作用。表面微织构在流体润滑状态下的作用不仅体现在动压润滑效果，而且还有利于存储润滑材料和锁住摩擦副表面由于磨损产生的磨屑。现有的表面微织构制备技术包括机械刻蚀加工法、化学刻蚀加工法和激光刻蚀加工法等。通常在脂润滑状态中，表面织构的存在使润滑脂更容易在接触表面成膜从而形成“二次润滑”，可有效改善摩擦副润滑状态；表面微织构有利于液体润滑脂在微凹坑中形成动压效应并在接触面间形成润滑油膜，使摩擦副表面承载能力提高；摩擦副表面微织构能对磨屑进行有效收集，减少“三体摩擦”出现的概率和降低可能出现的严重摩擦现象的发生。在液体润滑状态下，表面织构区能有效存储润滑介质。在滑动摩擦的过程中，润滑介质提供了产生流体动压效应的基本条件，可捕捉在摩擦过程中产生的磨屑、对接触面持续供油。

在有机溶剂型黏结固体润滑涂层的研究中，常用的固体润滑剂有二硫化钼、石墨、尼龙等。其中，二硫化钼用于摩擦材料主要功能是低温时减摩，高温时增摩，烧失量小，在摩擦材料中易挥发。而且其导热性差、摩擦系数还不足够低、渗透能力不够强，使得固化手段受到一定限制。石墨在摩擦状态下，能沿着晶体层间滑移，并沿着摩擦方向定向。石墨与钢、铬和橡胶等的表面有良好的粘附能力，因此，在一般条件下，石墨是一种优良的润滑剂。但是，当吸附膜解吸后，石墨的摩擦磨损性能会变坏。尼龙的耐磨损性好，特别是在有大量尘土、泥砂的环境中，它所表现出来的耐磨损性是其他塑料无法与之相比的。在摩擦表面上有泥砂、尘土或其他硬质类材料存在时，尼龙的耐磨性比轴承钢、铸铁甚至比经淬火或表面镀铭的碳钢还要好。但是，尼龙的吸潮性强、吸水性大、尺寸稳定性差，一般只用于有油至少是少油润滑和有特殊冷却装置的条件下。

常用的固化方法有光固化、热固化、以及微波固化等。其中，光固化是通过一定波长的紫外光照射，使液态的树脂高速聚合成固态的一种光加工工艺，光固化技术是一项节能和清洁环保型技术。目前，关于摩擦副表面织构的研究一般使用热固化，因为热固化的条件更好实现，但是对于不同的固体润滑材料，热固化效果有时并不理想。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种基于光固化的织构内固体润滑剂的填充方法，来解决传统固体润滑材料的应用领域和固化方式受限的缺点。本发明采用的技术手段如下：

一种基于光固化的织构内固体润滑剂的填充方法，包括以下步骤：

S1、固体润滑材料的制备：取二硫化钼和/或石墨作为固体润滑材料，其中二硫化钼的粒径为200～325目、莫氏硬度为1～1.5、摩擦系数为0.05～0.1，石墨的粒径为400～550目；

S2、液态填充材料的制备：按照(1～1.5)：(1～1.5)：1的质量比取光固化剂、稀释剂和固体润滑材料，将光固化剂和稀释剂混合搅拌3～5min后，加入固体润滑材料搅拌均匀，得到液态润滑材料；

S3、液态填充材料在摩擦副表面的固化：将液态填充材料放入摩擦副表面的微织构中，用波长为320～400nm的紫外光照射固化。

优选地，步骤S1中，取二硫化钼和石墨作为固体润滑材料时，按照二硫化钼和石墨的质量比为1：(1～1.5)混合。

优选地，步骤S2中，光固化剂为甲基丙烯酸酯类单体和无机填料等基础材料复合而成，其中甲基丙烯酸酯类单体体积百分含量为50％～66％，无机填料的体积百分比为34％～50％。

优选地，步骤S2中，稀释剂为乙酸乙酯、氯仿、乙酸、丙酮的有机溶剂等可以使聚甲基丙烯酸酯溶解于其中的试剂。

优选地，步骤S3中，所述微织构的加工方法为机械刻蚀加工法、化学刻蚀加工法或激光刻蚀加工法等。

优选地，步骤S1-S3中，采用粒径达到325目、莫氏硬度为1～1.5、摩擦系数为0.05～0.1的二硫化钼和粒径为400～550目的石墨按照一定比例配合形成固体润滑材料。将稀释剂和固体润滑材料填入到摩擦副表面的凹坑中，首先加入少量光固化剂于凹坑底部，然后用针筒加入稀释剂填满凹坑后用小针顺时针搅拌使其稀释光固化剂，从而降低光固化剂的粘稠度，3～5min后再加入固体润滑材料搅拌均匀，完成液态润滑材料的制备。

将液态填充材料注射到摩擦副表面的微凹坑中后，将其放置到功率为20～36W，波长为320nm～400nm的紫光灯下进行180°照射固化，紫光灯的照射距离为10m～15cm，固化时间依据织构的形状及深度为30min～180min。

与现有技术比较，本发明所述的一种基于光固化的织构内固体润滑剂的填充方法的有益效果为：

1、在固化剂中加入固体润滑粉末后，固化完成后的硬度比不加入固体润滑粉末时下降，下降的幅度约为55％，固化硬度下降有助于固体润滑粉末更好地缓释，润滑效果增强。

2、摩擦副表面的微织构内固化有固体润滑材料后，在进行摩擦时由于固体润滑材料的存在，固体润滑剂会在摩擦副表面缓慢释放，达到减磨减阻的效果。

3、摩擦副表面微织构的存在，改变了原来表面的性质，在进行摩擦时压力有所改变，实现微织构对摩擦副表面润滑改善。

4、本发明将光固化技术与表面织构结合，将固体润滑材料固化在微织构内，进而改变了摩擦副表面的性质。本发明所述光固化技术相比传统的热固化方法优势为：更环保、没有挥发的溶剂；固化速度快；适用于固化不耐高温的物体，光固化的温度可以控制得很低；光固化的附着力更强；并且光固化更合适于固化本发明的固体润滑材料。

附图说明

图1是本发明实施例中在铜片表面微织构内的固化示意图。

图2是本发明实施例中光固化树脂与石墨粉末和二硫化钼粉末混合后的硬度与时间的关系图。

具体实施方式

本发明提供的填充方法是将光固化技术与微织构制备技术的结合，将液态填充材料用紫外线固化在微织构内，完成润滑剂在摩擦副表面的存储。采用乙酸乙酯等稀释剂对光固化剂进行稀释，加入固体润滑材料，配合形成液态填充材料完成在摩擦副表面的微织构中进行固化，以观测其固化过程中的硬度与收缩率的变化。

本发明利用光固化技术在微织构内填充固体润滑材料。其原理为：通过一定波长的紫外光照射，使液态固化剂高速聚合而成固态的，本质上是光引发的聚合、交联反应。同时固化剂在固化过程中会产生收缩引起一定的形变。

具体实施例：

微织构内光固化树脂与二硫化钼和石墨混合的固体润滑材料的固化，包括以下步骤：

S1、固体润滑材料的制备：按照1：1的质量比取二硫化钼和石墨混合形成固体润滑材料，其中二硫化钼的粒径为200目、莫氏硬度为1.5、摩擦系数为0.1，石墨的粒径为550目。

具体操作时，可将树脂和二硫化钼粉和石墨粉分别加入到容量为20ml的针管当中，用针头方便将原料加入到铜片表面的凹坑中(即摩擦副表面的微织构中)。

S2、液态填充材料的制备：按照1：1：1的质量比取光固化剂、稀释剂和固体润滑材料，将光固化剂和稀释剂混合搅拌5min后，加入固体润滑材料搅拌均匀，得到液态润滑材料。

具体操作时，先加入少量树脂于凹坑底部，然后用针筒加入乙酸乙酯填满凹坑后用小针搅拌使乙酸乙酯稀释树脂，从而降低树脂的粘稠度，为固体润滑材料和粘接剂的混合提供便利。随后再加入固体润滑材料搅拌均匀。

S3、液态填充材料在摩擦副表面的固化：将液态填充材料放入摩擦副表面的微织构中，在波长为400nm的紫光灯下进行180°全方位的照射固化，紫光灯的功率为36W，紫光灯的照射距离为15cm。

图1为采用稀释剂稀释后的树脂和固体润滑材料混合后光固化的铜片，固化填充的微织构凹坑为图1中左侧第一列的两个凹坑。在固化之前凹坑内材料的高度约等于铜板平面高度，固化后由于稀释剂乙酸乙酯具有易挥发性所以固化后凹坑内的表面高度略微降低。具体应用时，考虑到挥发性的影响，固化材料的高度可稍高于铜板平面高度。

对铜板表面树脂与固体粉末固化过程中的硬度进行测量，方法如下：

(1)先将树脂与乙酸乙酯分别在三块铜板表面完成稀释后，在三块铜板上分别加入石墨粉末或二硫化钼粉末或石墨和二硫化钼混合粉末。

(2)将表面混合好后的三块铜板放置到紫光灯中照射，混合物在表面上完成固化时受紫外光的照射比在微织构内更加均匀和充分。每30min取出通过测量固化的硬度来确定固化的效果。

(3)采用D型数显式邵氏硬度仪来测量硬度，测量方法为把试样放置在坚固的平面上，拿住硬度仪，压足中孔的指针距离试块边缘至少12mm，平稳地把压足压在试样上，不能有任何振动，并保持压足平行于试样表面，以使压针垂直地压入试样，所施加的力要刚好足以使压足和试样完全接触，必须在压足和试样完全按触后一秒内读数，在测点相距至少6mm的不同位置测量硬度值5次，取其平均值。测量结果如表1-3，并将表1的结果绘制于图2中。

表1、树脂同时和二硫化钼粉末和石墨粉末固化硬度与时间的关系

表2、树脂和石墨粉末固化硬度与时间的关系

表3、树脂和二硫化钼粉末固化硬度与时间的关系

树脂在未添加固体润滑粉末时固化后的硬度为6HD～6.5HD，并且在相同的紫外光照射下固化完成的时间在1h到1.5h之间。在加入了固体润滑粉末后，固化完成后的硬度下降，混合不同的固体润滑粉末固化时在硬度和时间的影响不同。单独和石墨粉末混合时从第5个时间段测量和第6个时间段测量的硬度推断出，在150min左右时达到了固化的效果，固化后的硬度在3.6HD左右。树脂单独和二硫化钼粉末混合后在第30min时，还是呈现流体状态无法测量硬度，在照射了180min后硬度为2.2HD。树脂同时混合了石墨粉末和二硫化钼粉末后在照射180min完成固化后的硬度也在3.6HD左右。对比可知，树脂同时与石墨粉末和二硫化钼粉末混合后完成固化的时间短，其固化强度高于树脂与二硫化钼粉末混合后的固化强度，与树脂和石墨粉末混合后的固化强度相似。所以混合不同的固体润滑粉末固化时在硬度和时间的影响不同，可根据具体需要调整固体润滑粉末中的石墨和二硫化钼的质量比，以及二者混合后固化在微织构内的质量，达到定量、定性改变润滑效果的效果。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于光固化的织构内固体润滑剂的填充方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、固体润滑材料的制备：取二硫化钼和/或石墨作为固体润滑材料，其中二硫化钼的粒径为200～325目、莫氏硬度为1～1.5、摩擦系数为0.05～0.1，石墨的粒径为400～550目；

S2、液态填充材料的制备：按照(1～1.5)：(1～1.5)：1的质量比取光固化剂、稀释剂和固体润滑材料，将光固化剂和稀释剂混合搅拌3～5min后，加入固体润滑材料搅拌均匀，得到液态润滑材料；

S3、液态填充材料在摩擦副表面的固化：将液态填充材料放入摩擦副表面的微织构中，用波长为320～400nm的紫外光照射固化。

2.根据权利要求1所述的一种基于光固化的织构内固体润滑剂的填充方法，其特征在于：步骤S1中，取二硫化钼和石墨作为固体润滑材料时，按照二硫化钼和石墨的质量比为1：(1～1.5)混合。

3.根据权利要求1所述的一种基于光固化的织构内固体润滑剂的填充方法，其特征在于：步骤S2中，光固化剂为甲基丙烯酸酯类单体和无机填料复合而成，其中甲基丙烯酸酯类单体体积百分含量为50％～66％，无机填料的体积百分含量为34％～50％。

4.根据权利要求1所述的一种基于光固化的织构内固体润滑剂的填充方法，其特征在于：步骤S2中，稀释剂为乙酸乙酯、氯仿、乙酸和丙酮中的一种或两种以上。

5.根据权利要求1所述的一种基于光固化的织构内固体润滑剂的填充方法，其特征在于：步骤S3中，所述微织构的加工方法为机械刻蚀加工法、化学刻蚀加工法或激光刻蚀加工法。

6.根据权利要求1所述的一种基于光固化的织构内固体润滑剂的填充方法，其特征在于：步骤S3中，用波长为320nm～400nm的紫光灯进行180°照射固化，紫光灯的功率为20～36W，紫光灯的照射距离为15cm～10cm。

7.根据权利要求1所述的一种基于光固化的织构内固体润滑剂的填充方法，其特征在于：步骤S3中，固化时间为30～180min。

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