CN114985238B - 一种石墨烯复合润滑涂层的耐磨垫片及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种石墨烯复合润滑涂层的耐磨垫片，包括垫片本体以及涂覆在垫片本体相对两侧的自润滑涂层，其相应的生产工艺，包括以下步骤：A)将钢材原料进行下料整理，成型垫片，并进行清洗，除去表面油污；B)将经过前处理的垫片投入预热炉，烘干预热30‑50分钟，再进行氮化处理并保温80‑120分钟，再进行氧化处理，氧化处理时间为5‑10分钟，随后进行冷却清洗；C)对垫片进行单面的第一次打底喷涂，加温固化之后再翻面进行另一面的第一次打底喷涂，加温固化之后进行该侧的第二次喷涂，加温固化形成膜层，之后翻面进行另一面第二次喷涂，加温固化形成膜层，得到成品垫片。本发明表面硬度高，芯部硬度较低，产品表面耐磨性能与耐冲击性能优异，表面自润滑，具有更长的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，尤其是涉及一种石墨烯复合润滑涂层的耐磨垫片及相关的生产工艺。
背景技术
工程机械如挖掘机，装载机等设备，其工作装置臂与臂，臂与油缸的铰接处，由于工件尺寸大，加工精度不足，导致配合件之间存在较大的配合间隙。为了确保链接可靠和工作平稳，需要控制间隙大小保证一致性，所以需要在之间加入不同厚度的调整垫片，以减小和控制间隙。
由于臂与臂之间运动频率高，且有较大的冲击，某些部位工况复杂，泥沙，灰层较多，还容易进水，润滑困难，产品维修更换麻烦，维修成本高，因此垫片产品不但对耐磨性要求高，而且对其他如耐冲击，自润滑，防锈等综合性要求也较高，
目前市场上主要使用的是改性树脂垫片，65Mn钢垫片，不锈钢垫片等，主要存在以下的缺陷和不足：
1.树脂垫片对润滑要求不高，且没有噪音，但是耐磨性不佳，特别是对泥沙灰尘非常敏感，使用寿命不长。
2.65Mn钢垫片成本低，产品无自润滑性能，对润滑要求高，防锈性能差。一旦润滑不良或产生锈蚀时，会有严重的噪音和异响。产品耐磨性较好，但可靠性不好，综合使用性能一般。
3.不锈钢垫片材料成本较高，材料强度较低，耐磨性一般，无自润滑性能。防锈性能较好，但在润滑不良或干摩擦工况下，也会有产生噪音的风险，综合性能一般，使用寿命不长。
由此，需要研发一款垫片产品，来解决上述存在的问题，满足市场需求。
发明内容
本发明是为了避免现有技术存在的不足之处，提供了一种石墨烯复合润滑涂层的耐磨垫片的生产工艺。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种石墨烯复合润滑涂层的耐磨垫片的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A)前处理：将钢材原料进行下料整理，成型垫片，并进行清洗，除去表面油污；钢材原料为SPCC或45#冷轧钢板；
B)热处理：将经过前处理的垫片投入预热炉，烘干预热30-50分钟，再进行氮化处理并保温80-120分钟，再进行氧化处理，氧化处理时间为5-10分钟，随后进行冷却清洗；
C)喷涂处理：对经过热处理的垫片进行预热，预热温度为140-150℃，预热时间为25-35分钟，随后对垫片进行单面的第一次打底喷涂，加温固化之后再翻面进行另一面的第一次打底喷涂，加温固化之后进行该侧的第二次喷涂，加温固化形成膜层，之后翻面进行另一面第二次喷涂，加温固化形成膜层，得到成品垫片。
其中，所述喷涂处理中的涂料为石墨烯复合润滑涂料。
在数个实施方式中，石墨烯复合润滑涂料包括以下重量比的组分：PAI树脂35-65％、石墨烯0.5-3％、PTFE 5-15％、二硫化钼5-15％、助剂1-3％，用溶剂补足至100重量％。
溶剂采用如二甲苯。
在数个实施方式中，助剂为消泡剂、分散剂、流平剂、润滑剂中的一种或者多种。
在数个实施方式中，预热炉的温度在350-380℃。
在数个实施方式中，氮化处理温度在560-580℃。
在数个实施方式中，氧化处理温度在370-400℃。
在数个实施方式中，喷涂处理包括：对经过热处理的垫片进行预热，预热温度为140-150℃，预热时间为25-35分钟，随后对垫片进行单面的第一次打底喷涂，随后加热至140-150℃，固化时间为10-20分钟，加温固化之后再翻面进行另一面的第一次打底喷涂，随后加热至180-200℃，固化时间为5-10分钟，加温固化之后进行该侧的第二次喷涂，加热至140-150℃，固化时间为10-20分钟，加温固化形成膜层，之后翻面进行另一面第二次喷涂，加热至220-250℃，固化时间为120-150分钟，整体加温固化形成膜层，得到成品垫片。
以及，一种由上述生产工艺所制得的耐磨垫片，其包括垫片本体以及涂覆在垫片本体相对两侧的自润滑涂层。
本发明具有以下优点：
1、机械性能好，采用SPCC或45#冷轧钢板为基材，加工完成后进行表面QPQ氮化处理，表面硬度高，芯部硬度较低，使产品表面耐磨性能特别好，产品外硬内软，耐冲击性能也特别好。
2、表面防锈性能和防腐蚀性能好，表面硬度高，对泥沙，粉尘都不敏感。
3、表面喷涂石墨烯复合润滑涂层，具有优越的自润滑性能，耐磨性能极好。且不会产生噪音和异响，产品使用可靠性极好，使用寿命非常长。
具体实施方式
下面，详细描述本发明的实施例，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本文使用的术语旨在解释实施例，并且不旨在限制和/或限定本发明。
本发明提供的耐磨垫片，是由垫片本体以及涂覆在垫片本体相对两侧的自润滑涂层构成的，自润滑涂层为含有石墨烯的复合润滑涂料喷涂而成，垫片本体采用SPCC或45#冷轧钢板，具有更低的材料成本。
本耐磨垫片是由以下工艺所制得的：
首先是前处理，具体是将钢材原料进行下料整理，成型为垫片，并对其进行清洗，除去表面油污。
随后是热处理，具体是将经过前处理的垫片投入预热炉，预热炉的温度在350-380℃，烘干预热30-50分钟，再进行氮化处理，氮化处理温度在560-580℃并保温80-120分钟，再进行氧化处理，氧化处理温度在370-400℃，氧化处理时间为5-10分钟，随后进行冷却清洗，打磨去毛刺，再次清洗垫片待用，此步骤根据SPCC或45#材料的特性，薄形垫片的产品特性，以及抗粉尘杂质的要求，制定个性化的热处理工艺，严格控制热处理的温度和时间，同时匹配设计专用的工装夹具，以免产品在热处理时产生较大的变形，影响产品使用性能，使产品表面硬度更高，达到HV0.2>650，耐磨性更好。
最后是喷涂处理，喷涂用的涂料为石墨烯复合润滑涂料，具体过程包括：对经过热处理的垫片进行预热，预热温度为140-150℃，预热时间为25-35分钟，随后对垫片进行单面的第一次打底喷涂，随后加热至140-150℃，固化时间为10-20分钟，加温固化之后再翻面进行另一面的第一次打底喷涂，随后加热至180-200℃，固化时间为5-10分钟，加温固化之后进行该侧的第二次喷涂，加热至140-150℃，固化时间为10-20分钟，加温固化形成膜层，之后翻面进行另一面第二次喷涂，加热至240℃，固化时间为120-150分钟，整体加温固化形成膜层，得到成品垫片。通过喷涂处理，满足自润滑和运转静音的要求，自润滑性能突出，耐磨性能更好，使用寿命非常长。
该石墨烯复合润滑涂料包括以下重量比的组分：PAI树脂35-65％、石墨烯0.5-3％、PTFE 5-15％、二硫化钼5-15％、助剂1-3％，用溶剂补足至100重量％，其中的助剂为消泡剂、分散剂、流平剂、润滑剂等，均可从市面上直接进行购置，该涂料含微量石墨烯纳米成份，通过特定的比例调和，使各组分充分交互，具有优越的自润滑和极高的耐磨性能。
实施例1
本石墨烯复合润滑涂层采用以下工艺制得：
首先进行前处理，具体是将钢材原料，SPCC或45#冷轧钢板，进行下料整理，成型为垫片，并对其进行清洗，除去表面油污。
随后进行热处理，具体是将经过前处理的垫片投入预热炉，预热炉的温度在350-380℃，烘干预热40分钟，再进行氮化处理，氮化处理温度在560-580℃并保温100分钟，再进行氧化处理，氧化处理温度在370-400℃，氧化处理时间为8分钟，随后进行冷却清洗，打磨去毛刺，再次清洗垫片待用。
最后是喷涂处理，喷涂用的涂料为石墨烯复合润滑涂料，先配置涂料，将以下重量比的原料：PAI树脂35％、石墨烯0.5％、PTFE 5％、二硫化钼5％、助剂1％，余量为二甲苯，混合搅拌，形成涂料备用；
然后对上述垫片进行预热，预热温度为140℃，预热时间为25分钟，随后对垫片进行单面的第一次打底喷涂，随后加热至140℃，固化时间为10分钟，加温固化之后再翻面进行另一面的第一次打底喷涂，随后加热至180℃，固化时间为5分钟，加温固化之后进行该侧的第二次喷涂，加热至140℃，固化时间为10分钟，加温固化形成膜层，之后翻面进行另一面第二次喷涂，加热至240℃，固化时间为120分钟，整体加温固化形成膜层，得到成品垫片。
实施例2
本石墨烯复合润滑涂层采用以下工艺制得：
首先进行前处理，具体是将钢材原料，SPCC或45#冷轧钢板，进行下料整理，成型为垫片，并对其进行清洗，除去表面油污。
随后进行热处理，具体是将经过前处理的垫片投入预热炉，预热炉的温度在350-380℃，烘干预热40分钟，再进行氮化处理，氮化处理温度在560-580℃并保温100分钟，再进行氧化处理，氧化处理温度在370-400℃，氧化处理时间为8分钟，随后进行冷却清洗，打磨去毛刺，再次清洗垫片待用。
最后是喷涂处理，喷涂用的涂料为石墨烯复合润滑涂料，先配置涂料，将以下重量比的原料：PAI树脂50％、石墨烯1.5％、PTFE 15％、二硫化钼15％、助剂2％，余量为二甲苯，混合搅拌，形成涂料备用；
然后对上述垫片进行预热，预热温度为140℃，预热时间为25分钟，随后对垫片进行单面的第一次打底喷涂，随后加热至140℃，固化时间为10分钟，加温固化之后再翻面进行另一面的第一次打底喷涂，随后加热至180℃，固化时间为5分钟，加温固化之后进行该侧的第二次喷涂，加热至140℃，固化时间为10分钟，加温固化形成膜层，之后翻面进行另一面第二次喷涂，加热至240℃，固化时间为120分钟，整体加温固化形成膜层，得到成品垫片。
实施例3
本石墨烯复合润滑涂层采用以下工艺制得：
首先进行前处理，具体是将钢材原料，SPCC或45#冷轧钢板，进行下料整理，成型为垫片，并对其进行清洗，除去表面油污。
随后进行热处理，具体是将经过前处理的垫片投入预热炉，预热炉的温度在350-380℃，烘干预热40分钟，再进行氮化处理，氮化处理温度在560-580℃并保温100分钟，再进行氧化处理，氧化处理温度在370-400℃，氧化处理时间为8分钟，随后进行冷却清洗，打磨去毛刺，再次清洗垫片待用。
最后是喷涂处理，喷涂用的涂料为石墨烯复合润滑涂料，先配置涂料，将以下重量比的原料：PAI树脂65％、石墨烯3％、PTFE10％、二硫化钼10％、助剂2％，余量为二甲苯，混合搅拌，形成涂料备用；
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实施例4
本石墨烯复合润滑涂层采用以下工艺制得：
首先进行前处理，具体是将钢材原料，SPCC或45#冷轧钢板，进行下料整理，成型为垫片，并对其进行清洗，除去表面油污。
随后进行热处理，具体是将经过前处理的垫片投入预热炉，预热炉的温度在350-380℃，烘干预热40分钟，再进行氮化处理，氮化处理温度在560-580℃并保温100分钟，再进行氧化处理，氧化处理温度在370-400℃，氧化处理时间为8分钟，随后进行冷却清洗，打磨去毛刺，再次清洗垫片待用。
最后是喷涂处理，喷涂用的涂料为石墨烯复合润滑涂料，先配置涂料，将以下重量比的原料：PAI树脂50％、石墨烯1.5％、PTFE 15％、二硫化钼15％、助剂2％，余量为二甲苯，混合搅拌，形成涂料备用；
然后对上述垫片进行预热，预热温度为150℃，预热时间为30分钟，随后对垫片进行单面的第一次打底喷涂，随后加热至150℃，固化时间为20分钟，加温固化之后再翻面进行另一面的第一次打底喷涂，随后加热至200℃，固化时间为10分钟，加温固化之后进行该侧的第二次喷涂，加热至150℃，固化时间为20分钟，加温固化形成膜层，之后翻面进行另一面第二次喷涂，加热至240℃，固化时间为150分钟，整体加温固化形成膜层，得到成品垫片。
对比例1
将钢材原料，SPCC或45#冷轧钢板，进行下料整理，成型为垫片，并对其进行清洗，除去表面油污，得到成品垫片。
对比例2
首先将钢材原料，SPCC冷轧钢板，进行下料整理，成型为垫片，并对其进行清洗，除去表面油污。
随后将经过前处理的垫片投入预热炉，预热炉的温度在350-380℃，烘干预热40分钟，再进行氮化处理，氮化处理温度在560-580℃并保温100分钟，再进行氧化处理，氧化处理温度在370-400℃，氧化处理时间为8分钟，随后进行冷却清洗，打磨去毛刺，再次清洗垫片并烘干后得到成品垫片。
对实施例1-实施例4与对比例1-对比例2所获得的垫片进行耐磨测试，测试方法如下；在24℃的环境下，将产品至于工作台面，将测试磨头垂直放于工件上方，在磨头出放置1.5kg砝码，磨头移动距离不小于5mm，每分钟60个来回，测试的接受标准为不露出材料的基体。
由此获得的测试结果如下：
| 项目 | 描述Description |
| 对比例1 | ≤1000次 |
| 对比例2 | ≤3500次 |
| 实施例1 | ≥5000次 |
| 实施例2 | ≥5000次 |
| 实施例3 | ≥5000次 |
| 实施例4 | ≥5000次 |
从测试结果可以得知，实施例1-实施例4相比于对比例1-对比例2所获得的垫片，具有更优秀的耐磨效果以及使用寿命。
除非另有陈述或内容明显矛盾，在本发明叙述范围内使用的术语″一(a)″和″这(the)″以及类似的指示物解释为包括单数和复数。本文叙述的数值范围仅仅作为对范围内每个单独数值的速记方式，除非另有陈述，将每个单独的数值加入详细说明如同分别记录在其中。除非另有陈述或其它内容上的明显矛盾，本文所有叙述的方式可以以任何合适的顺序进行。使用的任何和所有实例、或本文提供的示范性语言(例如″例如″)仅仅是更好地说明本发明，并非是对本发明范围的限定，除非权利要求。详细说明中的语言不应理解为指出任何未提出权利要求的实践本发明的必要因素。
本发明的示出的例子，表示的实施例和特殊的形式已经在前述说明中详细示出和说明，同样应被认为是说明性的而非限制性的。在一个实施例中特别的特征的说明不意味着那些特别的特征必需限制与那一个实施例。一个实施例的特征可以被用于与其它实施例的特征组合使用，其可以被本领域普通技术人员理解，无论是否明确地如此说明。示例性的实施例已经得以示出和说明，所有的变化和改进落入本发明的精神中且期望得以保护。
Claims (2)
1.一种石墨烯复合润滑涂层的耐磨垫片的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A）前处理：将钢材原料进行下料整理，成型垫片，并进行清洗，除去表面油污；
B）热处理：将经过前处理的垫片投入预热炉，预热炉的温度在350-380℃，烘干预热30-50分钟，再进行氮化处理并保温80-120分钟，氮化处理温度在560-580℃，再进行氧化处理，氧化处理时间为5-10分钟，氧化处理温度在370-400℃，随后进行冷却清洗；
C）喷涂处理：对经过热处理的垫片进行预热，预热温度为140-150℃，预热时间为25-35分钟，随后对垫片进行单面的第一次打底喷涂，随后加热至140-150℃，固化时间为10-20分钟，加温固化之后再翻面进行另一面的第一次打底喷涂，随后加热至180-200℃，固化时间为5-10分钟，加温固化之后进行该侧的第二次喷涂，加热至140-150℃，固化时间为10-20分钟，加温固化形成膜层，之后翻面进行另一面第二次喷涂，加热至220-250℃，固化时间为120-150分钟，整体加温固化形成膜层，得到成品垫片；
其中，所述喷涂处理中的涂料为石墨烯复合润滑涂料，所述石墨烯复合润滑涂料包括以下重量比的组分：PAI树脂35-65%、石墨烯0.5-3%、PTFE 5-15%、二硫化钼5-15%、助剂1-3%，用溶剂补足至100重量%；
所述钢材原料为SPCC或45#冷轧钢板；
耐磨垫片包括垫片本体以及涂覆在垫片本体相对两侧的自润滑涂层。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合润滑涂层的耐磨垫片的生产工艺，其特征在于，所述助剂为消泡剂、分散剂、流平剂、润滑剂中的一种或者多种。
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