一种自润滑复合涂料、制备方法及使用该涂料的关节轴承及关节轴承的制备方法

摘要

本发明公开了一种自润滑复合涂料、制备方法，自润滑复合涂料包括以下原料：磷酸、氢氧化铝、氧化锌、表面活性剂、二硫化钼、石墨；制备方法包括：1）将磷酸、氢氧化铝、氧化锌加入水中，搅拌后加热，再加入表面活性剂制得无机粘结剂；2）将二硫化钼和石墨粉碎、过筛网后，研磨得混合粉；3）混合粉加入无机粘结剂中，搅拌并稀释，即得自润滑复合涂料；同时本发明还公开了使用该自润滑复合涂料的关节轴承及关节轴承的制备方法。本发明的自润滑复合涂料形成的固体润滑涂层，具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、自润滑性及耐高温性能；具有较低的摩擦系数、磨损量和摩擦温度，能大大改善关节轴承的摩擦学性能。

说明书

技术领域

本发明属于固体润滑剂技术领域，具体涉及一种自润滑复合涂料、制备方法及使用该涂料的关节轴承及关节轴承的制备方法。

背景技术

固体润滑是以固体润滑物质（如固体粉末、薄膜及复合材料等）来减少做相对运动的两表面的摩擦与磨损，并保护该表面免于损伤。固体润滑剂的材料有无机化合物如石墨、二硫化钼、氮化硼等，有机化合物如蜡、聚四氟乙烯、酚醛树脂等，金属如Pb、Sn、Zn等。固体润滑剂的适用范围较广，从1000℃以上的白热高温到液体氢的深冷低温，无论在严重腐蚀气体环境中工作的化工机械，还是受到强辐射的宇航机械，都能进行有效的润滑。

粘结固体润滑剂法是一种新型表面粘涂技术，将胶粘剂与固体润滑剂均匀混合制成涂料，利用涂覆或喷涂的方法将涂料均匀地涂刷或喷涂到基体表面上。这种方法可对摩擦副表面起到修复及预保护的作用，而且减摩、耐磨性能良好。但是，现有固体润滑涂层的制备工艺复杂，并且成本较高，并且多以有机粘结型固体润滑涂层的形式存在。现有技术中，专利CN100572599C公开了一种二硫化钼基润滑涂层的制备方法，使用该涂层虽然具有一定的减摩耐磨效果，但是该种方法的固化工艺较为简单，直接影响涂层的成膜效果及使用寿命，并且有机胶粘剂不溶于水，固体润滑剂在高分子树脂基体中的分散性较差，直接导致涂层的成膜效果，污染重，耐高温性和耐腐蚀性差，不适合进行大批量生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种自润滑复合涂料，形成的固体润滑涂层具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、自润滑性及耐高温性能，且具有较低的成本。

本发明的第二个目的是提供一种自润滑复合涂料的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一种使用上述自润滑复合涂料的关节轴承。

本发明的第四个目的是提供一种使用上述自润滑复合涂料的关节轴承的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种自润滑复合涂料，包括以下重量份数的原料：磷酸35～45份、氢氧化铝8～12份、氧化锌2～5份、表面活性剂1份、二硫化钼23～35份、石墨2～31份。

所述表面活性剂为聚乙二醇型非离子表面活性剂。

所述聚乙二醇型非离子表面活性剂为聚乙二醇400双月桂酸酯（PEG400DL）。

一种上述的自润滑复合涂料的制备方法，包括下列步骤：

1）将35～45重量份的磷酸、8～12重量份的氢氧化铝、2～5重量份的氧化锌加入到100～150重量份的水中，搅拌15～20min后加热，使氢氧化铝、氧化锌与磷酸充分反应，再加入1重量份的表面活性剂，制得无机粘结剂；

2）将23～35重量份的二硫化钼和2～31重量份的石墨粉碎、过筛网后，放入球磨罐中进行研磨使其混合均匀，得混合粉；

3）将步骤2）所得混合粉加入到步骤1）所得无机粘结剂中，搅拌使其混合均匀，加入300～400重量份的水进行稀释并搅拌均匀，即得自润滑复合涂料。

步骤1）中所述加热的温度为80～100℃，加热时间为20～30min。

步骤2）中所述筛网为800～1000目。

一种使用上述的自润滑复合涂料的关节轴承，所述关节轴承内圈外表面上涂覆有自润滑复合涂料形成的固体润滑涂层，所述固体润滑涂层的厚度为20～30μm。

一种上述的关节轴承的制备方法，包括下列步骤：

a）前处理：将关节轴承内圈外表面进行除油、除锈处理后，自然晾干，再进行磷化处理；

b）将经过前处理的关节轴承加热，加热温度为90～100℃，将含有自润滑复合涂料的混合液均匀涂覆在关节轴承内圈外表面上，室温下表干，后进行固化形成固体润滑涂层，即得。

步骤b）中所述涂覆的方法为：用喷枪将含有自润滑复合涂料的混合液在压缩空气的条件下进行喷涂，喷枪压力为0.2MPa，空气使用量为280～370L/min，涂料喷出量为140～160ml/min，喷涂距离为200～300mm。

步骤b）中所述固化的温度为125～175℃，固化时间为30～90min。

本发明的自润滑复合涂料，其中，聚乙二醇非离子表面活性剂具有润湿性和良好的粘结性，从而使无机粘结剂的润湿性和粘结性大大提高。石墨是一种黑色光泽性的固体，性滑腻，研磨成极细的粉末用作润滑剂，对金属表面的吸着力强，能有效填补轴承或齿轮表面的微细凹痕，使机件运转时平稳而少杂音，且减低磨耗；石墨粉可耐高温，在空气中使用时，温度高至400℃也没有氧化现象，在600℃下仍能有效润滑机件，在惰性气体中可耐到1000℃的高温。二硫化钼是一种无机矿物，其所含的硫份对于金属表面具有良好的吸附特性，其粉体能有效填盖机件的微小凹陷部分，有利于已磨损或变形的机件的润滑；在350℃高温下，无明显的氧化现象，在真空或惰性气体中可耐600℃的高温；

本发明的自润滑复合涂料，采用氢氧化铝、氧化锌与磷酸生成无机粘结剂，使二硫化钼和石墨的混合粉牢固粘接在摩擦表面形成的固体润滑涂层，具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、自润滑性及耐高温性能。使用该自润滑复合涂料的关节轴承，在内圈外表面上形成固体润滑涂层，相对于钢/钢摩擦副，具有较低的摩擦系数、磨损量和摩擦温度，大大改善关节轴承的摩擦学性能。本发明的使用该自润滑复合涂料的关节轴承的制备方法操作简单、成本较低，适合大规模工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例的自润滑复合涂料，包括以下重量份数的原料：磷酸35份、氢氧化铝8份、氧化锌2份、聚乙二醇400双月桂酸酯1份、二硫化钼23份、石墨31份。

本实施例的自润滑复合涂料的制备方法，包括下列步骤：

1）将35重量份的磷酸、8重量份的氢氧化铝、2重量份的氧化锌加入到100重量份的水中，搅拌17min后加热，加热温度为80℃，加热时间为30min，使氢氧化铝、氧化锌与磷酸充分反应，再加入1重量份的聚乙二醇400双月桂酸酯，制得无机粘结剂；

2）将23重量份的二硫化钼和31重量份的石墨粉碎、过1000目的筛网后，放入球磨罐中进行研磨使其混合均匀，得混合粉；

3）将步骤2）所得混合粉加入到步骤1）所得无机粘结剂中，搅拌使其混合均匀，加入350重量份的水进行稀释并搅拌均匀，即得自润滑复合涂料。

本实施例的使用上述的自润滑复合涂料的关节轴承，所述关节轴承内圈外表面上涂覆有自润滑复合涂料形成的固体润滑涂层，所述固体润滑涂层的厚度为20μm。

本实施例的使用上述的自润滑复合涂料的关节轴承的制备方法，包括下列步骤：

a）前处理：将关节轴承内圈外表面进行除油、除锈处理后，自然晾干，再进行磷化处理；

b）将经过前处理的关节轴承加热，加热温度为95℃，用喷枪将含有自润滑复合涂料的混合液在压缩空气的条件下均匀喷涂在关节轴承内圈外表面上，喷枪压力为0.2MPa，空气使用量为280L/min，涂料喷出量为150ml/min，喷涂距离为300mm，室温下表干，后进行固化，固化的温度为175℃，固化时间为30min，形成固体润滑涂层，即得。

实施例2

本实施例的自润滑复合涂料，包括以下重量份数的原料：磷酸40份、氢氧化铝10份、氧化锌4份、聚乙二醇400双月桂酸酯1份、二硫化钼30份、石墨15份。

本实施例的自润滑复合涂料的制备方法，包括下列步骤：

1）将40重量份的磷酸、10重量份的氢氧化铝、4重量份的氧化锌加入到125重量份的水中，搅拌20min后加热，加热温度为100℃，加热时间为20min，使氢氧化铝、氧化锌与磷酸充分反应，再加入1重量份的聚乙二醇400双月桂酸酯，制得无机粘结剂；

2）将30重量份的二硫化钼和15重量份的石墨粉碎、过800目的筛网后，放入球磨罐中进行研磨使其混合均匀，得混合粉；

3）将步骤2）所得混合粉加入到步骤1）所得无机粘结剂中，搅拌使其混合均匀，加入400重量份的水进行稀释并搅拌均匀，即得自润滑复合涂料。

本实施例的使用上述的自润滑复合涂料的关节轴承，所述关节轴承内圈外表面上涂覆有自润滑复合涂料形成的固体润滑涂层，所述固体润滑涂层的厚度为25μm。

本实施例的使用上述的自润滑复合涂料的关节轴承的制备方法，包括下列步骤：

a）前处理：将关节轴承内圈外表面进行除油、除锈处理后，自然晾干，再进行磷化处理；

b）将经过前处理的关节轴承加热，加热温度为100℃，用喷枪将含有自润滑复合涂料的混合液在压缩空气的条件下均匀喷涂在关节轴承内圈外表面上，喷枪压力为0.2MPa，空气使用量为330L/min，涂料喷出量为160ml/min，喷涂距离为200mm，室温下表干，后进行固化，固化的温度为150℃，固化时间为60min，形成固体润滑涂层，即得。

实施例3

本实施例的自润滑复合涂料，包括以下重量份数的原料：磷酸45份、氢氧化铝12份、氧化锌5份、聚乙二醇400双月桂酸酯1份、二硫化钼35份、石墨2份。

本实施例的自润滑复合涂料的制备方法，包括下列步骤：

1）将45重量份的磷酸、12重量份的氢氧化铝、5重量份的氧化锌加入到150重量份的水中，搅拌15min后加热，加热温度为90℃，加热时间为25min，使氢氧化铝、氧化锌与磷酸充分反应，再加入1重量份的聚乙二醇400双月桂酸酯，制得无机粘结剂；

2）将35重量份的二硫化钼和2重量份的石墨粉碎、过1000目的筛网后，放入球磨罐中进行研磨使其混合均匀，得混合粉；

3）将步骤2）所得混合粉加入到步骤1）所得无机粘结剂中，搅拌使其混合均匀，加入300重量份的水进行稀释并搅拌均匀，即得自润滑复合涂料。

本实施例的使用上述的自润滑复合涂料的关节轴承，所述关节轴承内圈外表面上涂覆有自润滑复合涂料形成的固体润滑涂层，所述固体润滑涂层的厚度为30μm。

本实施例的使用上述的自润滑复合涂料的关节轴承的制备方法，包括下列步骤：

a）前处理：将关节轴承内圈外表面进行除油、除锈处理后，自然晾干，再进行磷化处理；

b）将经过前处理的关节轴承加热，加热温度为90℃，用喷枪将含有自润滑复合涂料的混合液在压缩空气的条件下均匀喷涂在关节轴承内圈外表面上，喷枪压力为0.2MPa，空气使用量为370L/min，涂料喷出量为140ml/min，喷涂距离为250mm，室温下表干，后进行固化，固化的温度为125℃，固化时间为90min，形成固体润滑涂层，即得。

实验例1

本实验例对实施例1～3所得的使用自润滑复合涂料的关节轴承进行摩擦磨损试验，检验自润滑复合涂料形成的固体润滑涂层的摩擦学性能，结果如表1所示。其中，对比例为钢/钢摩擦副。

表1实施例1～3的固体润滑涂层的摩擦学性能检测结果

项目实施例1实施例2实施例3对比例摩擦系数0.060250.064710.062190.11246磨损量/μm24282370摩擦温度/℃37363846

从上表1可以看出，本发明的实施例1～3所得的使用自润滑复合涂料的关节轴承的固体润滑涂层的摩擦系数、磨损量和摩擦温度均明显小于对比例，说明本发明的自润滑复合涂料形成的固体润滑涂层能大大改善关节轴承钢/钢摩擦副的摩擦学性能。

实验例2

本实验例参照《GB/T5210-2006色漆和清漆拉开法附着力试验》，检测了实施例1～3所得的使用自润滑复合涂料的关节轴承上，自润滑复合涂料形成的固体润滑涂层的结合强度（附着力），结果如表2所示。

表2实施例1～3的固体润滑涂层结合强度（附着力）检测结果

项目结合强度/MPa实施例15.47实施例25.36实施例35.53

从上表2可以看出，本发明的实施例1～3的自润滑复合涂料形成的固体润滑涂层具有良好的粘接性能。