粉末涂料型复合固体润滑膜及其制备方法和固体润滑膜齿轮

摘要

本发明涉及一种粉末涂料型复合固体润滑膜及其制备方法和固体润滑膜齿轮。本发明的固体润滑膜是在金属基材上形成三层复合的固体润滑膜，它是在经表面清洁处理后的金属基材表面，以化学反应形成化学底膜，在此化学底膜上涂擦固体润滑剂构成第二过渡层，在此第二过渡层上喷涂高分子粉末型外表面涂层。本固体润滑膜具有润滑效果好，耐磨，使用寿命长等特点。其制作简单，易操作，特别适用于制造固体润滑膜齿轮，也适用于各种机械的摩擦构件及需适当防护的部件上。

说明书

技术领域

本发明属于润滑技术领域，特别涉及粉末涂料型固体润滑膜及其制备方法。

背景技术

干膜润滑是借助于粘结剂将固体润滑剂、耐磨添加剂等牢固地粘结在运动的摩擦表面上起耐磨润滑防护作用的一种技术，形成固体润滑干膜的材料称为干膜润滑剂。干膜润滑剂形成的干膜可以在干摩擦条件下起到固体润滑膜作用，也可与润滑油、脂、膏共用，还有防腐保护膜作用，同时也用于已被磨损的表面修补或表面防粘防污(垢)等。已广泛地应用于航天、航空、机械、交通、电子、建筑、石化、船舶等工业部门的摩擦零件及需适当防护的部件上。

干膜润滑剂多采用高分子粘结剂，目前常将高分子粘结剂树脂溶解于有机溶剂，再加入各种辅助材料，包括固体润滑剂、耐磨添加剂，将这种干膜润滑剂的液体通过各种(喷涂、刷涂、浸涂)施工方法，在摩擦部件表面形成10～60μm厚的涂层，经一定的温度固化之后形成干膜。但现有的干膜润滑剂具有有机挥发物浓度高且干膜的固体润滑效果和耐磨寿命欠佳等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粉末涂料型复合固体润滑膜及其制备方法，克服已有技术的干膜润滑剂有机挥发物浓度高的问题，使本发明的固体润滑膜具有润滑效果好、耐磨、寿命长等特点。本发明还提供一种采用本发明的固体润滑膜的齿轮，具有较佳的耐磨性和较长的使用寿命。

为达到上述目的，本发明的构思是：

为了解决现有干膜润滑剂有机挥发物浓度高且干膜耐磨寿命短等问题，本发明提供了一种粉末涂料型复合固体润滑膜以及在齿轮部件表面的制备方法。

粘结型固体润滑膜基本要求是：(1)与金属底材的粘结性能优；(2)良好的固体润滑性能；(3)较好的机械强度，尤其是在齿轮启动瞬间的抗冲击性能；(4)优良的涂覆工艺性能，以保证膜的光洁度和厚度。目前采用的干膜润滑剂存在以下缺点：(1)需用有毒且价格较高的有机溶剂；(2)涂覆过程粘结剂的利用率低；(3)储存运输不方便。粉末涂料因其无污染、省资源和高效率等优点而受到广泛关注。热固性粉末涂料特点是对金属底材附着力较强、耐温性较高、流平性好，同时高分子树脂不仅仅起到粘结剂作用，也具有自润滑特性，主要采用环氧树脂、聚酯-环氧树脂、聚氨酯、聚酯、丙烯酸树脂、聚酯-丙烯酸树脂和环氧-丙烯酸树脂等。

本发明外表面涂层的高分子粉末涂料由高分子树脂、固化剂、固体润滑剂、3，5-二叔丁基-4羟基苯基丙酸十八碳醇酯、二氧化钛、流平剂、安息香等组成。其中高分子树脂分别选用环氧树脂或聚酯-环氧复合型树脂或聚酯树脂，为30～85％，固化剂为3～40％，3，5-二叔丁基-4羟基苯基丙酸十八碳醇酯为3～5％，流平剂为0.5～5％，安息香为0.2～1％，钛白粉及硅灰石为3～25％，固体润滑剂为3～25％，其中二硫化钼0～20％、氮化硼0～15％、硼酸钡0～10％、石墨0～10％、钼粉0～10％、氧化钼0～10％、PTFE 0～10％。

表1为聚酯、聚酯-环氧、环氧粉末涂料型复合固体润滑膜干摩擦3小时质量磨损率。

外表面涂层树脂类型    磨损率(×10^-2mg/h)聚酯    4.35聚酯-环氧    4.22环氧    4.24

试验参数条件：M-2000磨损试验机，环-环滚动/滑动接触，滑动速度0.793m/s，主轴转速200rpm，线载荷10000N/m，干摩擦试验3h.

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种粉末涂料型复合固体润滑膜，包括覆盖金属基材(1)表面上的润滑膜，其特征在于所述的润滑膜为下述三层固体膜复合的润滑膜：

(1)化学底膜(2)：即第一过渡层，在所述的金属基材(1)表面上，具有多孔结构和固体润滑特性；

(2)第二过渡层(3)：在所述的化学膜(2)上的固体润滑剂涂层；

(3)外表面涂层(4)：在所述的第二过渡层(3)上的高分子粉末型外表面涂层。

上述的化学底膜(2)为磷酸盐膜。

上述的高分子粉末型外表面涂层(4)用的高分子粉末涂料，按重量百分比计，其组成配比为：

高分子树脂       30～85％

固化剂                 3～40％

固体润滑剂             3～25％

3，5-二叔丁基-4羟基苯基丙酸十八碳醇脂   3～5％

安息香                 0.2～1％

流平剂                 0.5～5％

钛白粉和硅石灰         3～25％

上述的固体润滑剂为二硫化钼、氮化硼、硼酸钡、石墨、钼粉、氧化钼和PTFE中任一种或任选数种混合。

上述的高分子树脂为热固性高分子树脂。

上述的热固性高分子树脂为环氧树脂，或聚酯树酯，或聚酯/环氧复合型树脂。

一种用于上述粉末涂料型复合固体润滑膜的制备方法，其制备工艺步骤如下：

(1)金属基材(1)表面清洁处理：采用脱脂和酸洗方法使表面清洁；

(2)化学转化处理生成化学底膜(2)：由磷化处理液与金属表面发生化学反应生成磷酸盐膜；

(3)涂擦固体润滑剂形成第二过渡层(3)：在上述的化学底膜(2)表面上涂擦所述的固体润滑剂，操作温度为50～150℃，固体润滑剂温度为50～150℃，固体润滑剂颗粒的平均直径为1-4μm。

(4)喷涂高分子涂料形成外表面涂层(4)：在第二过渡层(3)表面上，采用高压静电喷枪进行静电喷涂所述的高分子粉末涂料，同时高温固化，固化条件为180～220℃，10～30min。

一种采用上述粉末涂料型复合固体润滑膜的固体润滑齿轮，包括一个齿表、齿顶和齿根完整涂覆润滑膜的齿轮，其特征在于所述的润滑膜为粉末涂料型复合固体润滑膜，通过测量齿轮公法线测得该固体润滑膜厚度为20～25μm，齿面粗糙度Ra为0.8～0.9μm。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出特点和显著优点：本发明的固体润滑膜为三层固体膜组成，先在金属表面经化学反应形成具有多孔结构和固体润滑特性的化学底膜，使润滑膜能与基材牢固有机结合；然后以物理处理方法涂擦固体润滑剂并高温处理形成第二过渡层；最后在第二过渡层上喷涂高分子粉末型外表面涂层。本粉末涂料型复合固体润滑膜克服了已有技术存在的有机挥发物浓度高的问题，从而具有润滑效果好、耐磨、使用寿命长等特点，其制备方法简单，易操作。本发明应用于制造固体润滑膜齿轮最为合适，本发明适用于各种机械的摩擦构件及需适当防护的部件上。

附图说明

图1为粉末涂料型复合固体润滑膜结构示意图。

图2为固体润滑膜齿轮局部结构示意图。

图3为聚酯、聚酯-环氧、环氧粉末涂料型复合固体润滑膜干摩擦摩擦系数曲线，图中图(a)为聚酯，图(b)为聚酯-环氧，图(c)为环氧。

具体实施方式

下面给出三个粉末涂料型复合润滑膜和一个固体润滑膜齿轮的实施例：

实施例一：参见图1和图3的图(a)。

对材质1为40Cr的钢环环面进行化学底膜处理，形成一层6～10μm厚的磷化层2，之后通过在第一过渡层表面涂擦一种或数种固体润滑剂形成3～5μm厚的第二过渡层3。在其环面采用静电喷涂高温固化的方式涂覆20～50μm厚的聚酯粉末涂料型固体润滑膜4。固化条件为：180～220℃，10～30min。涂料中以质量百分比计，聚酯树脂CC440为30～85％，固化剂TGIC为3～40％，3，5-二叔丁基-4羟基苯基丙酸十八碳醇酯为3～5％，有机硅流平剂为0.5～5％，安息香为0.2～1％，钛白粉及硅灰石为3～25％，固体润滑剂为二硫化钼3～20％、氮化硼0～15％、硼酸钡0～10％、石墨0～10％、钼粉0～10％、氧化钼0～10％、PTFE 0～10％。环环滚滑接触干摩擦磨损，在滑动速度0.793m/s，线载荷10000N/m条件下试验3h后摩擦系数仍然维持在0.13左右，复合固体润滑膜保持完好。

实施例二：参见图1和图3的图(c)。

对材质1为40Cr的钢环环面进行化学底膜处理，形成一层约6～10μm厚的磷化层2，之后通过在第一过渡层表面涂擦一种或数种固体润滑剂形成3～5μm厚的第二过渡层3。在其环面采用静电喷涂高温固化的方式涂覆20～50μm厚的环氧粉末涂料型固体润滑膜4。固化条件为：180～220℃，10～30min。涂料中以质量百分比计，环氧树脂E12为30～85％，固化剂284为3～40％，3，5-二叔丁基-4羟基苯基丙酸十八碳醇酯为3～5％，有机硅流平剂为0.5～5％，安息香为0.2～1％，钛白粉及硅灰石为3～25％，固体润滑剂为二硫化钼3～20％、氮化硼0～15％、硼酸钡0～10％、石墨0～10％、钼粉0～10％、氧化钼0～10％、PTFE 0～10％。环环滚滑接触干摩擦磨损，在滑动速度0.793m/s，线载荷10000N/m条件下试验3h后摩擦系数仍然维持在0.18左右，复合固体润滑膜保持完好。

实施例三：参见图1和图3的图(b)。

对材质1为40Cr的钢环环面进行化学底膜处理，形成一层6～10μm厚的磷化层2，之后通过在第一过渡层表面涂擦一种或数种固体润滑剂形成3～5μm厚的第二过渡层3。在其环面采用静电喷涂高温固化的方式涂覆20～50μm厚的聚酯/环氧粉末涂料型固体润滑膜4。固化条件为：180～220℃，10～30min。涂料中以质量百分比计，聚酯树脂P4127为30～85％，固化剂环氧树脂E12为3～40％，3，5-二叔丁基-4羟基苯基丙酸十八碳醇酯为3～5％，有机硅流平剂为0.5～5％，安息香为0.2～1％，钛白粉及硅灰石为3～25％，固体润滑剂为二硫化钼3～20％、氮化硼0～15％、硼酸钡0～10％、石墨0～10％、钼粉0～10％、氧化钼0～10％、PTFE 0～10％。环环滚滑接触干摩擦磨损，在滑动速度0.793m/s，线载荷10000N/m条件下试验3h后摩擦系数仍然维持在0.20左右，复合固体润滑膜保持完好。

实施例四：参见图2。

本固体润滑膜齿轮是在齿轮5的齿面、齿轴顶和齿根完整涂覆粉术涂料型复合固体润滑膜6，通过测量齿轮公法线测得该固体润滑膜6厚度为20～25μm，齿面粗糙度Ra为0.8～0.9μm。