CN1220285A - 镶嵌式自润滑复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可在室温～300℃下使用,抗极压性能优异的镶嵌式自润滑复合材料,它由金属底材、嵌入金属底材的固体润滑剂膏体组成。其特点在于固体润滑剂膏体可在底材的孔、槽或其它形式凹部镶嵌;对固体润滑剂膏体中的粘结剂进行了化学改性,采用了两种固化剂,并经固液充分混合,固体后的固体润滑剂强度高,转移性能好。镶嵌式自润滑复合材料适用于超重负荷、低速度,大粉尘量和腐蚀性介质等下摩擦副的润滑。在建材、有色钢铁冶炼钢、石油化工、建筑等行业的大型机械上应用,可明显地降低摩擦和磨损,大幅度延长设备的使用寿命。

Description

镶嵌式自润滑复合材料
本发明涉及一种耐高温抗极压的镶嵌式自润滑复合材料及其制备方法。
由于特殊生产工艺的要求，大型工矿企业的某些关键设备须在极为恶劣的工况下运行，例如炼钢的转炉、电炉，有色冶炼的回转窑、电炉、刮板链式运输机，水泥制造的卧式回转窑等。由于设备重，环境温度高、粉尘多(有的空气中还含有酸性腐蚀性气体CO,SO2等)给设备的润滑带来很多问题。目前为止，国内上述企业大部分仍沿用传统的油、脂润滑，但事实上这些工况已超出了油、脂的使用范围，极易发生轴承和其它摩擦部位的摩损，导致设备停运。为了保证生产的连续运行，除在设计上就要求安装多台设备轮修外，还投入了大量维修人员，备品备件和能源消耗严重。
本发明的目的在于为了解决冶金、建材、石油化工等行业大型机械在超重负荷、低速度、高温、大粉尘量和腐蚀性介质下运行时的严重靡损问题，减少由此引起的能源和原材料损耗，提供了一种镶嵌式自润滑复合材料及其制备方法。
镶嵌式自润滑复合材料是一种耐高温抗极压固体润滑材料。它的结构特征是金属底材的摩擦面上的钻孔或开槽，然后嵌放具有良好自润滑性能的固体润滑剂膏体。镶嵌材料具有承载能力强，使用温度高(常温-300℃)，抗冲击性能好，对粉尘、幅照等恶劣环境适应性强，耐磨寿命长等特点。可制成轴承、衬套、滑板(环)、导板(轨)等零部件使用。可选用的金属底材有青铜，黄铜，铸铁等。它可以单独使用，实现无油润滑，也可以和油脂并用。镶嵌材料代替油、脂润滑、克服了后者油膜易于破裂，引起零部件迅速磨损的的弊病，尤其适用于重载、低速下间歇或连续运行的工况，能大幅度延长设备使用寿命，杜绝油、脂的泄漏。
本发明由金属底材和嵌入金属底材的固体润滑剂膏体组成。
固体润滑剂膏体以F44环氧树脂为粘结剂，端羧基液体丁腈40为粘结剂改性剂，均苯四酸二酐和邻苯二甲酸酐为固化剂，石墨、聚四氟乙烯、MoS2为固体润滑剂，Sb2O3、Pb3O4为辅助固体润滑剂。具体的配方(重量百分含量)：
F44环氧树脂                10.0～18.0
端羧基液体丁腈             2.5～4.5
均苯四酸二酐               2.2～4.5
邻苯二甲酸酐               1.6～3.0
石墨粉(≤200目)            10.0～16.0
聚四氟乙烯(≤160目)        10.0～16.0
MoS2粉(≤200目)           6.0～10.6
Sb2O3粉(≤200目)         3.0～5.8
Pb3O4粉(≤200目)         3.0～6.4
丙酮、丁酮、甲苯混合溶剂  26.0～48.0
其中体积比为：丙酮∶丁酮∶甲苯=1∶1∶1本发明镶嵌式自润滑复合材料的制备过程如下：(1)粘结剂的化学改性：将称量好的F44环氧树脂和端羧基液体丁腈40共溶于溶剂中，以三丁基膦作催化剂，加入量为F44环氧树脂的3％。在80-120℃下反应3小时。(2)固化剂的溶解：将均苯四酸二酐和邻苯二甲酸酐共溶于溶剂中；(3)固体润滑剂膏体的制备：将改性后的环氧树脂，固化剂溶液和所有固体填料混合、搅拌，充分混匀后在70℃下烘烤4小时。(4)金属基体的镶嵌：将已钻孔或开槽的金属底材以溶剂充分洗净，将上述固体润滑剂膏嵌入金属基体的孔或槽中。在180-190℃固化1.5-2.0小时，然后将摩擦面打磨平整。本发明镶嵌式自润滑复合材料的主要性能指标
项    目                   技术指标
基体ZQSn6-6-3锡青铜 基体HT30-54灰铸铁
    比重     8.6～8.7     7.2～7.3
    基体硬度，HB     60～65     187～255
    抗压强度，MPa     ≥5.88     ≥7.84
    摩擦磨损*       -     -
    摩擦系数     0.13～0.17     0.14～0.20
    磨损率μm/Mpa.m     1.95×10-4     2.20×10-4
    使用温度，℃     ≤300℃     ≤300℃
*摩擦试验条件：MM-200磨损试验机上，比负荷3.92Mpa，转速200转/分(0.41m/s)，
           大气室温下干摩擦。技术特征
(1)固体润滑剂膏体配方：采用了F44环氧树脂和两种固化剂：邻苯二甲
   酸酐和均苯四酸二酐，使嵌入膏体固化完全，并有良好的耐温性(≤
   300℃)和高机械强度。其次对F44环氧树脂进行了化学改性使固化
   后的嵌入物强度进一步提高，在摩擦过程中即能形成均匀转移膜，
   又增强了嵌入物的抗冲击抗振动性能，保证了镶嵌材料在高负荷下运
   行的寿命。另外在配料中充分发挥了PTFE与Pb3O4,MoS2与金属的摩
   擦化学效应，以及MoS2、石墨和SbO3之间的协同润滑效应，增强了
   所形成转移膜在金属面上的附着强度，有利于降低摩擦磨损和延长材
   料的使用寿命。
(2)镶嵌工艺：与通常的粉料混合一压制成圆柱一镶嵌工艺不同，本发
   明将粘结剂，改性剂和固化验室剂完全溶解后与固体料混合制成膏
   体，比前者混料均匀，固化充分。同时这种膏体可适用于孔、槽等部
   件的镶嵌。
由本配方和镶嵌工艺制成的镶嵌材料具有优异的耐高温性，抗极压性，适用范围广，可延长摩擦副的使用寿命3倍或3倍以上。
实施例实施例1：称取F44环氧树脂17份，端羧基液体丁腈40 4.3份，均苯四酸二酐4.4份，邻苯二甲酸酐2.8份，石墨15份，聚四氟乙烯15份，MoS29份，Sb2O35份，Pb3O4 5.8份，溶剂40份。先将F44环氧树脂，端基液体丁腈40溶于溶剂，在三丁基膦催化F进行预聚。将此预聚体和溶解好的均苯四酸二酐，邻苯二甲酸酐溶液、所有固体料混合并充分混匀，将此混合物在70℃烘烤4小时，制成膏体。将膏体嵌入已洗净的ZQSn6-6-3锡青铜瓦的孔中，再在180℃烘2小时使膏体固化。固化后将摩擦面靡平，清洗。以此制成的锡青铜镶嵌材料轴瓦安装于某水泥厂1000吨大型回转窑的托轮上，显示良好耐温(70-140℃)，抗极压性能，将青铜瓦的使用寿命延长至原来的3倍。
实施例2：称取F44环氧树脂12份，端羧基液体丁腈40 3份，均苯四酸二酐3份，邻苯二甲酸酐1.8份，石墨12份，聚四氟乙烯12份，MoS2 7份；Sb2O33份，Pb3O4 3份，溶剂26份。采用与实施例1中相同的制备工艺制成ZQSn6-6-3锡青铜镶嵌材料轴瓦和轴套，安装于某化工厂的20吨蒸煮釜上，运行情况表明此镶嵌材料具有低的摩擦磨损，耐腐蚀的优良性能，将轴瓦(套)的使用寿命延长至3倍，并杜绝了用油润滑时的油泄漏问题。
实例3：称取F44环氧树脂14份，端羧基液体丁腈40 3.5份，均苯四酸二酐2.4份，邻苯二甲酸酐1.8份，石墨12份，聚四氟乙烯11份，MoS2 9分，Sb2O345份，Pb3O4 5份，溶剂35份。以与实施例1相同的制备工艺制成ZQSn6-6-3锡青铜镶嵌材料轴瓦，应用于某有色冶炼厂20吨电炉承重轴上。经长期干摩擦下的运转考验，表明镶嵌材料轴瓦润滑良好，耐磨寿命长，抗高温和大粉尘量环境能力强。

Claims (4)

1．一种镶嵌式自润滑复合材料，其特征是由金属底材和嵌入金属底材的固体润滑剂膏体组成，固体润滑剂膏体可在底材的孔，槽中其它形式凹部镶嵌。
2．如权利要求书中所述的镶嵌式自润滑复合材料，其特征在于固体润剂膏体的配方(重量百分含量)为：
F44环氧树脂       10.0～18.0
端羧基液体丁腈    2.5～4.5
均苯四酸二酐      2.2～4.5
邻苯二甲酸酐      1.6～3.0
石墨粉            10.0～16.0
聚四氟乙烯        10.0～16.0
MoS2粉           6.0～10.6
Sb2O3粉         3.0～5.8
Pb3O4粉         3.0～6.4
丙酮、丁酮、甲苯混合溶剂  26.0～48.0
其中体积比为：丙酮∶丁酮∶甲苯=1∶1∶1
3．如权利要求书1中所述的镶嵌式自润滑复合材料，其特征在于金属底材材为青铜，黄铜，铸铁，不锈钢或碳素钢。
4．如权利要求书1中所述的镶嵌式自润滑复合材料，其制备方法包括：
(1)粘结剂的化学改性：将F44环氧树脂和端羧基液体丁腈40共溶于溶剂中，以三丁基膦作催化剂，加入量为F44环氧树脂的3％，在80-120℃下反应3小时，获得预聚体；
(2)固化剂的溶解：将均苯四酸二酐和邻苯二甲酸酐共溶于溶剂中；
(3)固体润滑剂膏体的制备：将改性后的环氧树脂预聚体，固化剂溶液
   和所有固体真料混合、搅拌，充分混匀后在70℃下烘烤4小时；
(4)金属基体的镶嵌：在清洗后的金属基体的孔或槽中镶嵌固体润滑剂
   膏体，在180～190℃固化1.5-2小时，然后将摩擦而打磨平整。
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