高分子固体润滑耐磨涂层研究进展_乔红斌

高分子固体润滑耐磨涂层研究进展

乔红斌,郭强

(上海大学材料科学与工程学院,上海200072)

摘　要:在阐明高分子固体润滑耐磨涂层的主要类型和减摩耐磨机理的基础上,总结评述了常用的几种高分子树脂基体固体润滑耐磨涂层的摩擦学特性,分析讨论了高分子涂层固体润滑耐磨性能的影响因素,并且展望了高分子固体润滑耐磨涂层的发展趋势和研究方向。

关键词:高分子涂层;磨损;摩擦;固体润滑

中图分类号:T B322 文献标识码:A 文章编号:1000-3738(2004)02-0001-03

Research Progress of Solid Lu bricating and Wear Resistant Polymer Coatings

QIAO Hong-bin,GUO Qiang

(Shanghai University,Shanghai200072,China)

A bstract:On basis of introducing primary types of poly mer coating s fo r the application in solid lubricating and w ear resistance and clarifying the mechanisms of anti-friction and wear resistance,the tribolo gical characteristics of several kinds o f so lid lubricating and w ear resistant poly mer coating s are summarized.T he facto rs o f effect on their solid lubricat-ing and wear resistance are discussed.I n additio n,the development trend and research direction of solid lubricating and

w ear resistant polymer coatings are predicted.

Key words:poly mer coating;w ear;friction;solid lubrication

1　引　言

近年来,随着摩擦学研究的重点从传统的流体动力润滑系统转向摩擦材料及其表面工程[1],固体润滑涂层研究日益受到重视。摩擦副表面实施固体润滑涂层处理可在少油或无油润滑的工况下使用,明显降低摩擦系数,提高耐磨性能,既简化了润滑机构,延长使用寿命,同时又提高了设备的可靠性。

2　高分子固体润滑耐磨涂层

固体润滑涂层的主要类型包括高分子涂层、金属涂层以及氧化物、氮化物、碳化物的陶瓷涂层[2]。高分子涂层又可以分为有机粘结型和涂料型两类。前者是采用一种粘结剂作为载体,把一种或多种固体润滑剂粘附在摩擦部件表面,这种传统的粘结型固体润滑涂层是目前品种最多、应用最广的一类。通常采用的粘结剂有环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺

收稿日期:2003-01-02;修订日期:2003-04-11

基金项目:国家自然科学基金资助项目(59675033)

作者简介:乔红斌(1973-),男,江苏泰州人,博士研究生。

导师:郭强教授树脂、聚酰亚胺树脂、聚氨酯等,采用二硫化钼(MoS2)、石墨、PTFE、金属氧化物、卤化物、硒化物、软金属等作为固体润滑剂。后者是由具有固体润滑和耐磨性能的特种高分子工程涂料形成的涂层。用作涂料的不仅有溶液型涂料,还包括粉末型涂料,如聚乙烯粉末涂料、聚酯粉末涂料、环氧树脂粉末涂料以及聚酯/环氧树脂粉末涂料等。溶液型涂料采用的树脂与上述粘结剂树脂类似。

高分子固体润滑耐磨涂层的作用机理可以是下述的一项或几项:

(1)高分子涂层可以隔离摩擦副表面间直接接触,而涂层摩擦阻尼较小。

(2)高分子涂层在对磨金属表面形成转移膜,隔离摩擦表面间直接接触,降低摩擦阻尼。

(3)高分子涂层表面微观多孔状或桔皮状结构可储藏润滑油,与固体润滑剂产生减摩协同效应。

(4)高分子涂层易于塑性变形,与对磨表面相适配,增大真实接触面积,缓解应力集中。

(5)高分子涂层具有良好的防腐性能和吸震功能,从而避免了腐蚀磨损和冲击磨损的发生。

高分子涂层的使用性能主要依赖于基体树脂的种类和固体润滑剂配方,常以高分子树脂的种类来

第28卷第2期2004年2月

机　械　工　程　材　料

M aterials　for　Mechanical　Engineering

V ol.28　No.2

Feb.2004

划分高分子涂层品种。

3　高分子固体润滑耐磨涂层特性

3.1　环氧及酚醛环氧涂层

环氧树脂具有优异的粘着、分散和力学性能,在耐腐蚀、耐水等方面性能也较优,但耐湿热老化性能差,韧性也不高,因此,许多研究工作致力于改善环氧树脂的韧性和耐老化性能[3]。

两种不同环氧值的双酚A型环氧树脂混合可使其抗冲击性能和柔韧性得到改善。如在E-44和E-51两种环氧值不同的双酚A型混合树脂中加入聚苯胺,通过脂肪族多元胺和改性多元胺固化,可制得高耐磨耐腐蚀涂层[4],树脂与固化剂质量比为4∶1时,涂层耐磨性最佳(GB/T1768-93)。

陈建敏等[5]用氨基四官能环氧树脂AG-80,以钛酸丁酯、改性酸酐作固化剂和改进剂,并添加少量活性CuO,制得耐磨性涂料,喷涂层在大气中放置2～5h后再固化,使耐磨寿命明显提高。

近期有人通过添加无机氧化物纳米粉末来提高环氧涂层的耐磨性[6],对于618环氧树脂(E-51)和651聚酰胺固化剂的环氧涂层,采用Al2O3纳米粉末的粒度越小,涂层的耐磨性能改善越明显;添加质量分数10%、粒度30～60nm的γ-Al2O3的涂层耐磨性能较优。

酚醛环氧树脂基干涂层也是较常见的粘结型固体润滑涂层。早在上世纪60年代,美国就开发了以酚醛环氧树脂为粘结剂、MoS2为固体润滑剂的固体润滑防锈涂料,在海军飞机上应用,还通过添加Sb2O3或二碱式亚磷酸铅改善防腐蚀性能。在酚醛环氧树脂/MoS2干涂层中,加入稀土化合物(氟化镧)可显著提高耐磨寿命[7]。

在酚醛环氧树脂中加入无机胶正硅酸丁酯,可改善涂层表面性能,制得铝合金专用黑色耐磨涂料[8]。对于酚醛环氧树脂/MoS2干涂层,采取底材处理和复合涂层技术可明显提高耐磨性[9]。

3.2　聚酰胺涂层

聚酰胺具有较优异的耐磨性能,尤其是在尘土、泥砂的环境中,其耐磨性能优于一般工程塑料[10]。由于聚酰胺涂层导热系数较小,而热膨胀系数较大,同时干摩擦时摩擦系数也偏大,因此常用于少油润滑和有冷却装置的场合。泵、柴油机的铜制零部件经尼龙1010粉末喷涂后,其使用寿命提高两倍以上[11]。

添加环氧树脂可以提高聚酰胺涂层的粘结性能、强度和耐蚀性[10]。添加PTFE可以改善聚酰胺涂层的耐磨性,但PTFE分散性较差,用三乙撑二胺或苄叉丙酮作分散剂可取得满意效果[10]。

填充纳米SiO2和碳黑明显影响尼龙11耐磨性能,如填充体积分数15%疏水性纳米SiO2和碳黑的尼龙11涂层,其耐磨性提高67%[12]。

3.3　聚酰亚胺涂层

聚酰亚胺(PI)的结构随着合成时两种单体(二胺和二酸)不同而改变。PI涂层具有突出的耐高温性能,在315℃下仍较稳定,而且摩擦磨损性能优异。一般而言,含有柔性醚键的PI涂层摩擦系数低且耐磨损性能好,但醚键又使PI玻璃化温度降低,导致耐温性下降,塑性变形增大,从而使磨损率增加。因此,对于PI涂层摩擦学性能来说,并非PI的链段越柔顺越好[13]。

常用于PI涂层的填料有石墨、MoS2、氟化石墨、PTFE等,其中石墨在高真空无水分子吸附的环境中不具有固体润滑效果;M oS2填充与PI匹配性不好,不利于低摩擦阻尼剪切层的形成;PTFE填充可导致PI涂层承载能力的降低;氟化石墨填充可促使低摩擦阻尼剪切层的形成;固体粉末填充剂一般使PI涂层的承载能力降低,对降低摩擦系数和磨损量不利[13]。

粘结型固体润滑涂层FM-110[14]是以主链上带有酰胺基的改性聚酰亚胺作为粘结剂,以PTFE微细粉末作为固体润滑剂。PI涂层还可采取离子注入处理,提高涂层硬度,增大交联度,提高耐磨性[15]。

3.4　聚氨酯涂层

聚氨酯弹性体具有杰出的耐磨料磨损性能,但由于它分子结构中含有-NCO,-OH和脲等强极性基团,表面能相对较高,滑动摩擦系数偏大,易产生摩擦热,总是通过加入一些减摩添加剂进行改性。用聚醚多元醇与甲苯二异氰酸酯反应,合成分子链末端带有-NCO基团的预聚体,加入不同的添加剂,可制得多种耐磨聚氨酯胶料[16]。有机硅类、有机蜡类添加剂与聚氨酯相容性较好,而含氟材料、无机添加剂的相容性较差。

PTFE通过60Coγ辐照可以改善其在聚氨酯中的分散性,并加入一定量的三聚氰胺氰尿络合物(MCA)以改善PTFE耐磨性[17]。日本立邦公司研制出了一种表面含有-Si(OH)3的聚氨酯预聚体,

可自交联固化成-Si-O-Si-网状结构,具有优异的耐磨性能[18]。

4　影响高分子耐磨涂层性能的因素

4.1　高分子基体的结构与表面改性

高分子涂层的附着强度、硬度和韧性对耐磨性能有影响,而这些性能主要依赖于高分子基体树脂结构,其中包括链段结构、交联结构、聚集态结构、分子量与分子量分布等。一般来说,高分子树脂基体链段有一定柔顺性,同时链段之间相互作用力又较强,分子量较大,结晶度较高,或具有液晶结构的高分子,则耐磨性较好。

高分子涂层还可以通过表面改性来提高耐磨性,如涂层表面氟化处理、表面光聚合、等离子处理等。通过高能离子辐射,可在几毫米厚的高分子表层产生大量高分子链的交联,形成硬质耐磨表面[19]。在高分子表面同时注入He+和Ar+,可使耐磨性明显提高;选择离子种类和离子能量,调整离子注入量,可获得所需的表面性能[20]。

4.2　底材的前处理工艺

一般高分子涂层涂覆于金属底材表面之前,首先进行底材脱脂和除锈处理,还可以进一步采用化学或物理处理,如喷砂、阳极氧化、电镀、氮化、化学氧化、硫化和磷化等。有人认为喷砂和磷化并用的效果最好,单纯喷砂次之。但用于高温环境或发生弹性变形的部件一般不宜磷化处理。对硬质金属底材应采用粒径为76μm的细砂进行喷砂处理,对软质金属底材采用150μm粗砂较好。磷化工艺研究表明,磷酸锰柱状细晶比粗晶对提高涂层耐磨性能效果更好[2]。

4.3　固体润滑剂

石墨在大气环境中具有固体润滑特性,而在高真空无水环境中不具有这种特性。石墨与金属底材接触易引起电化学腐蚀,必须在制备涂层过程中考虑这一因素。MoS2的四种结晶形态中只有一种晶系才有固体润滑性能[10],是高真空环境使用的机械固体润滑剂的首选品种。在高压、高温、高速下,氟化石墨固体润滑性能优于石墨或MoS2[21]。PTFE 具有优异的固体润滑、抗粘着和抗腐蚀性能,但其表面能较低,易于团聚,难于分散,相容性较差。而通过60Coγ辐照可提高PTFE相容性和减小粒度,改善其在涂层基体树脂中的分散[17]。

在有机粘结型固体润滑涂层中,有些固体润滑剂同时使用时会产生负面效应,例如石墨与PTFE、石墨与尼龙等[22],而另一些会产生协同效应,例如石墨与MoS2、PTFE与MoS2、多种稀土化合物(如LaF3、CeF3)与MoS2等[23]。

4.4　涂覆工艺

对于尼龙静电喷涂,可通过在低碳钢底材上涂覆25μm厚的酚醛底膜来提高尼龙涂层的粘结强度,其耐磨性能较优[24]。而聚偏氟乙烯(PVDF)的静电喷涂涂层,由于存在空洞和未熔化颗粒,会降低涂层与钢材的粘结强度,其耐磨性能较差[24]。

当固体润滑剂体积分数达30%时,电沉积复合涂层具有较高耐磨性,因此,可按底材到涂层表面的顺序逐步增加固体润滑剂含量[25]。

5　展　望

开发新型固体润滑剂和高性能高分子树脂基体是高分子固体润滑耐磨涂层取得突破性进展的根本途径。已有报道稀土类固体润滑剂TaS2、NbS2比MoS2减摩耐磨性能和氧化稳定性好[21],这类润滑剂将是开发的重点。多元固体润滑剂如硅氧烷-石墨-M oS2,M oS2-硅油-石蜡油等复合新配方研究也将成为热点。新型高分子基体树脂将重点研究聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯并噻唑、聚苯并咪唑等。

固体润滑剂在树脂中高效相容、高度分散研究也是提高固体润滑耐磨涂层使用性能的关键技术之一。因此,纳米形态的固体润滑剂倍受关注。纳米固体润滑剂微粒在高分子固体润滑耐磨涂层中既发挥润滑作用,又具有纳米微粒的独特效应,这种纳米效应不仅改善与基体树脂相容性和分散性,还对涂层综合性能产生特殊影响。

参考文献:

[1]　薛群基,党鸿辛.摩擦学研究的发展概况与趋势[J].摩擦学学

报,1993,13(1):73-81.

[2]　陈建敏,冶银平,党鸿辛.粘结固体润滑膜及其应用[J].摩擦

学学报,1994,14(2):180-189.

[3]　常鹏善,左瑞霖,王汝敏,等.环氧树脂增韧研究进展[J].材料

导报,2002,16(2):54-56.

[4]　强军锋,王杨勇,井新利.高耐磨性防腐涂层的研制[J].石化

技术与应用,2002,20(2):96-98.

[5]　陈建敏,何雪,党鸿辛,等.改性氨基四官能环氧基固体润滑

涂层的研究[J].固体润滑,1991,11(3):161-167.

[6]　汤戈,王振家,马全友,等.纳米Al

2

O3粉末改善环氧树脂耐磨性的研究[J].热固性树脂,2002,17(1):4-8.

[7]　于刚,聂明德,党鸿辛.PEP型润滑防锈干膜的研制及其综合

性能考察[J].固体润滑,1991,11(2):129-134.

(下转第23页)

表5　M16六角切边模使用寿命的对比3)

Tab.5　C omparision of the service life of M16hexagon trimming die

模具钢LD钢GM钢6542钢SKH51钢含钴高速钢SKH55钢被加工材料Q235钢35钢Q235钢35钢304HC Q235钢35钢304HC Q235钢35钢304HC304HC304HC 硬度/HRC62.661.361.561.863.261.061.562.562.763.663.564.1

平均寿命/万次7.52.55.52.80.532)5.0<1.02)0.725.0左右1)1.5左右0.91.10.981)左右　注:1)台湾模具实测值,数量1个,批量模具实际寿命上下有波动;2)模具失效形式为刃口破裂,其余均为刃口小块剥落,模具修磨后仍可使用;3)加工碳钢和不锈钢螺栓的切边速度分别为68次/min和40次/min,数据取5个模具的平均值,同类模具均在同一冷镦机上进行。

4.2　采取措施后的经济效益

目前,LD、GM和含钴高速钢材料制造的M16以上六角切边模已正式投入批量生产。国产LD、GM和含钴高速钢的价格分别为2.0、2.2和9.5万元/t,进口SKH51和SKH55钢的价格分别为12万元/t和16万元/t。以含钴高速钢为例,每只切边模毛坯用量约为1.2kg,与进口SKH55钢相比,材料成本降低约为(160-95)×1.2=65元。而且用户反映,该产品具有精度高、使用寿命高、性能稳定、可修复使用及生产成本低等优点。

5　结　论

LD、GM和含钴高速钢经过淬火和回火处理后,分别能满足生产M16碳钢和不锈钢螺栓用的六角切边模的性能要求,且生产成本低;它们的使用寿命分别与SKH51和SKH55钢制造的进口同类模具的水平相当。

参考文献:

[1]　胡镇华,扬旭春,刘玉君,等.冲击载荷条件下高硬度模具钢

的磨损特性及影响因素[J].机械工程材料,1989,13(4):51-

55.

[2]　靳剑峰,朱志顺.新型耐磨冷作模具钢GM钢的应用[J].模

具工业,1989,(4):51-54.

[3]　褚东宁,陈永升,郭文芳.LD钢的显微组织与力学性能的研

究[J].汽车科技,2000,(4):10-16.

[4]　郭应国.冷作模具材料的进展[J].机械工程材料,1991,15

(1):3-9.

[5]　李惠友.怎样才能使高速钢工具达到最高使用寿命[J].工具

技术,1993,27(1):33-39.

(上接第3页)

[8]　闫军,崔海萍,黄红军,等.铝合金专用黑色耐磨涂料的研制

[J].材料保护,2002,35(2):47-48.

[9]　冶银平,陈建敏,周惠娣.有机粘结M oS2固体润滑膜耐腐蚀性

能研究[J].中国表面工程,2001,51(2):26-28.

[10]　中国机械工程学会摩擦学学会润滑工程编写组.润滑工程

[M].北京:机械工业出版社,1986.150-156.

[11]　高金堂,陈建敏,毛绍兰.粉末喷涂的聚合物基固体润滑涂层

[J].固体润滑,1989,9(1):10-15.

[12]　Knight R,S chadler L S,Twardow ski T E.Nylon11/Silica

nanocomposite coatings applied by the HVOF process(Ⅱ)[J].

J Applied Polymer Science,2000,78(13):2272-2289. [13]　丛培红,李同生,张绪寿.聚酰亚胺固体润滑膜的摩擦学研究

概况[J].材料科学与工程,1998,16(1):50-52.

[14]　李冀生,王关玲,党鸿辛.FM-110干膜润滑材料之研究[J].

摩擦学学报,1993,13(3):208-217.

[15]　杨生荣,刘维民.离子注入聚酰亚胺的摩擦磨损性能研究

[J].摩擦学学报,1996,16(2):180-183.

[16]　刘芳,吴小华,刘安石,等.减磨耐磨聚氨酯复合材料摩擦性

能的研究[J].塑料工业,1997,4:76-78.

[17]　田军,周兆福,薛群基.聚氨酯/聚四氟乙烯耐磨防腐涂层表

面结构的研究[J].腐蚀科学与防护技术,1997,9(3):182-

186.

[18]　Yoichiro M,M akoto Y,Hidetoshi S.Film des igned for lubrica-

tive coated steel sheets[J].Progress in Organic Coatings,2000,

40:119-120.

[19]　Dagani R.Superhard-surfaced polymers made by high-energy

ion irradiation[J].Chemical&Engineering News,1995,73

(2):24-25.

[20]　Rao G R,Lee E H.Effects of sequen tial He+and Ar+implan-

tation on surface properties of polymers[J].J M aterial s Re-

search,1996,11(10):2661-2667.

[21]　杜君俐.润滑耐磨涂料的进展(Ⅰ)[J].现代涂料与涂装,

2000,6:14-16.

[22]　胡传祈,宋幼慧.涂层技术原理及应用[M].北京:化学工业

出版社,2000.

[23]　徐滨士,梁秀兵,马世宁,等.实用纳米表面技术[J].中国表

面工程,2001,52(3):13-18.

[24]　Xu Y M,M ell or B G.The effect of fillers on the w ear resis-

tance of thermopl astic pol ymeric coatings[J].Wear,2001,251:

1522-1531.

[25]　Ding X M,M erk N.Improvement of w ear and adherence prop-

erties of com posite coatings by a gradual increase in particle vol-

ume fraction[J].Scripta M aterialia,1997,37(5):685-690.

徐金富,等:提高M16六角切边模使用寿命的有效途径

固体润滑材料

固体润滑材料 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

第四章: 固体润滑 二、固体润滑材料 固体润滑剂的作用是以固体润滑物质（如固体粉末、薄膜及固体复合材料等）来减少作相对运动两表面的摩擦与磨损，并保护该表面，在固体润滑过程中，固体润滑剂和周围介质要与摩擦表面发生物理、化学反应生成固体润滑膜，降低磨擦磨损。固体润滑剂的材料有无机化合物（石墨、二硫化钼、氮化硼等）、有机化合物（蜡、聚四氟乙烯、酚醛树脂）和金属（Pb\Sn\Zn）以及金属化合物，其中以石墨和二硫化钼应用最广。 固体润滑剂的适用范围比较广，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宙机械，都能有效地进行润滑。 1、常见固体润滑剂的种类： ①粉状润滑剂：有二硫化钼粉剂、二硫化钨粉剂、二硫化钼P型、胶体石墨粉。 ②膏状润滑剂：有二硫化钼重型机床油膏、二硫化钼齿轮油润滑油膏、二硫化钼高温齿轮油膏、特种二硫化钼油膏、齿轮润滑用GM-1型成油膜膏。 2、固体润剂的基本性能 与摩擦表面能牢固地附着，有保护表面功能固体润滑剂应具有良好的成膜能力，能与摩擦表面形成牢固的化学吸附膜或物理吸附膜，在表面附着，防止相对运动表面之间产生严重的熔焊或金属的相互转移。 抗剪强度较低固体润滑剂具有较低的抗剪强度，这样才能使摩擦副的摩擦系数小，功率损耗低，温度上升小。而且其抗剪强度应在宽温度范围内不发生变化，使其应用领域较广。 稳定性好，包括物理热稳定，化学热稳定和时效稳定，不产生腐蚀及其他有害的作用。 ①、物理热稳定是指在没有活性物质参与下，温度改变不会引起相变或晶格的各种变化，因此不致于引起抗剪强度的变化，导致固体的摩擦性能改变。 ②、化学热稳定是指在各种活性介质中温度的变化不会引起强烈的化学反应。要求固体润滑剂物理和化学热稳定，是考虑到高温、超低温以及在化学介质中使用时性能不会发生太大变化，而时效稳定是指要求固体润滑剂长期放置不变质，以便长期使用。此外还要求它对轴承和有关部件无腐蚀性、对人畜无毒害，不污染环境等。 要求固体润滑剂有较高的承载能力：因为固体润滑剂往往应用于严酷工况与环境条件如低速高负荷下使用，所以要求它具有较高的承载能力，又要容易剪切。 3、固体润滑剂的使用方法 1)作成整体零件使用：某些工程塑料如聚四氟乙烯、聚缩醛、聚甲醛、聚碳酸脂、聚酰胺、聚砜、聚酰亚胺、氯化聚醚、聚苯硫醚和聚对苯二甲酸酯等的摩擦系数较低，成形加工性和化学稳定性好，电绝缘性优良，抗冲击能力强，可以制成整体零部件，若采用环璃纤维、金属纤维、石墨纤维、硼纤维等对这些塑料增强，综合性能更好，使用得较多的有齿轮、轴承、导轨、凸轮、滚动轴承保持架等。 2)作成各种覆盖膜来使用：通过物理方法将固体润滑剂施加到摩擦界面或表面，使之成为具有一定自润滑性能的干膜，这是较常用的方法之一。成膜的方法很多，各种固体润滑剂可通过溅射、电泳沉积、等离子喷镀、离子镀、电镀、粘结剂粘结、化学生成、挤压、浸渍、滚涂等方法来成膜。市面上已出现了无润滑轴承及采用纳料技术的固体润滑剂。 3)制成复合或组合材料使用：所谓复合（组合）材料，是指由两种或两种以上的材料组合或复合起来使用的材料系统。这些材料的物理、化学性质以及形状都是不同的，而且是互不可溶的。组合或复合的最终目的是要获得一种性能更优越的新材料，一般都称为复合材料。 4)作为固体润滑粉末使用：将固体润滑粉末（如ＭoＳ2）以适量添加到润滑油或润滑脂中，可提高润滑油脂的承载能力及改善边界润滑状态等，如ＭoＳ2油剂、ＭoＳ2 油膏、ＭoＳ2润滑脂及

【CN110016277A】用于制备自润滑耐磨材料的组合物、自润滑耐磨涂料、自润滑耐磨涂层、自润滑耐

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910375103.9 (22)申请日 2019.05.07 (71)申请人 河南科技大学 地址 471003 河南省洛阳市涧西区西苑路 48号 (72)发明人 邱明　李迎春　程蓓　庞晓旭　 谷守旭　 (74)专利代理机构 郑州睿信知识产权代理有限 公司 41119 代理人 张兵兵　李宁 (51)Int.Cl. C09D 163/00(2006.01) C09D 7/61(2018.01) (54)发明名称 用于制备自润滑耐磨材料的组合物、自润滑 耐磨涂料、自润滑耐磨涂层、自润滑耐磨材料 (57)摘要 本发明涉及一种用于制备自润滑耐磨材料 的组合物、自润滑耐磨涂料、自润滑耐磨涂层、自 润滑耐磨材料，属于自润滑材料技术领域。本发 明的用于制备自润滑耐磨材料的组合物，主要由 树脂和以下重量份数的组分组成：二硫化钼11～ 12份、石墨烯0.088～0.3份。本发明的组合物，以 二硫化钼为润滑剂，以石墨烯作为润滑添加剂， 利用二硫化钼和石墨烯二维层状结构的相似性， 将两者按照特定比例与树脂进行复合制成耐磨 材料可以发挥二硫化钼和石墨烯的协同润滑效 应，使耐磨材料的耐磨性能和自润滑性能得到显 著提高；尤其是采用本发明的组合物制得的自润 滑减摩耐磨涂层在干摩擦和海水条件下均具有 良好的润滑减摩、 耐磨和环境自适应性能。权利要求书1页 说明书7页 附图2页CN 110016277 A 2019.07.16 C N 110016277 A

权　利　要　求　书1/1页CN 110016277 A 1.一种用于制备自润滑耐磨材料的组合物，其特征在于：主要由树脂和以下重量份数的组分组成：二硫化钼11～12份、石墨烯0.088～0.3份。 2.根据权利要求1所述的用于制备自润滑耐磨材料的组合物，其特征在于：所述树脂与二硫化钼的质量比为2～3:1。 3.根据权利要求1所述的用于制备自润滑耐磨材料的组合物，其特征在于：所述石墨烯的平均粒径为0.5～2μm。 4.根据权利要求1所述的用于制备自润滑耐磨材料的组合物，其特征在于：所述石墨烯的平均层数为5～7层。 5.根据权利要求1所述的用于制备自润滑耐磨材料的组合物，其特征在于：所述二硫化钼的平均粒径为10～20μm。 6.根据权利要求1所述的用于制备自润滑耐磨材料的组合物，其特征在于：所述组合物还包括溶剂；所述溶剂与树脂的质量比为1:1～2.5。 7.一种自润滑耐磨涂料，其特征在于：包括组分A和组分B；所述组分A为如权利要求1所述的用于制备自润滑耐磨材料的组合物；所述组分B包括固化剂。 8.一种采用如权利要求7所述的自润滑耐磨涂料制得的自润滑耐磨涂层。 9.根据权利要求8所述的自润滑耐磨涂层，其特征在于：所述自润滑耐磨涂层的厚度为20～30μm。 10.一种自润滑耐磨材料，其特征在于：包括基体以及涂覆在基体上的自润滑耐磨涂层；所述自润滑耐磨涂层是将如权利要求7所述的自润滑耐磨涂料的组分A与组分B混合后涂覆在基体上固化得到。 2

固体润滑剂(优质参考)

固体润滑剂 固体润滑剂就是在两个有载荷作用的相互滑动面间，用以降低摩擦和磨损的固体状态的物质。 要求：剪切抗力低，与被润滑表面有较好的亲和力，不腐蚀被润滑表面、耐高温、耐低温等特点。 包括金属材料，无机非金属材料和有机材料等。 可分为固体粉末润滑材料、粘结或喷涂固体润滑膜、自润滑复合材料。 固体润滑材料的适应范围比较广，以1000℃以上的白热高温到液体氢的深冷低温；严重腐蚀气体环境中工作的化工机械，是受到强辐射的宇航机械上(如月球表面的工作机械)，在原子能工业、宇航和国防工业、电子工业、化学工业、机械工业、交通运输、食品工业、纺织印染等轻工业部门都已经得到了应用。 固体润滑剂主要用在高温、低温、高真空、放射线高辐射场、腐蚀性大、挥发性低、不易测定条件润滑、不容许受润滑油、脂沾污等场合和机件上。 一、固体润滑三种机理 1、形成固体润滑膜，它的润滑机理与边界润滑机理相似； 2、软金属固体润滑剂，它利用软金属抗剪切强度低的特点来起润滑作用； 3、层状结构的特点起润滑作用。图6—8为石墨的品体结构，由图6—8可知石墨具有层状，在层与层之间的接合力较弱，所以剪切抗力低。 一般常用的固体润滑剂有：二硫化钼、石墨、云母、二硫化钨、滑石粉、氮

化硼；塑料包括聚四氟乙烯、聚胺脂、聚乙烯、浇铸尼龙—6等以及某些金属如铅、锌、锡、银等低熔点金属及其合金。 二、固体润滑剂的优点 1)免除了油脂的污染及滴漏。如在空气压缩机实现固体润滑(包括轴承、密封、活塞环)后，可以提供不被油污染的空气；又如在纺织机械、食品加工机械、造纸机械、印刷机械采用固体润滑后，能避免油污，提高产品质量； 2)取消了供油脂所用的润滑油站及油路系统，节省了投资、降低了维修费用； 3)适应比较广泛的温度范围。它可用于特殊的工况条件(如在具有放射性条件下能抗辐射、耐高真空、抗腐蚀)以及不适宜使用润滑油脂的场合。 4)增强了防锈蚀能力。这对于潮湿气候的南方具有重要意义。 5）固体润滑剂分散悬浮在液体润滑剂中，既可以发挥固体润滑剂本身的性能，弥补固体润滑剂的摩擦系数大和导热性能不良的缺点。 三、固体润滑材料缺点 1）摩擦系数较大(比润滑油等流体润滑的摩擦系数大100—500倍，比润滑脂润滑的摩擦系数大50—100倍)， 2）散热性能差，因而固体润滑剂主要用在其他润滑材料不能承担的润滑场合。 3）固体润滑膜的寿命较短，保膜时不仅增加工作量，有时还要停车检查，在一定程度上影响生产。 4)导人性不好，即使是粉末状，不易补充到摩擦表面。 5)塑料自润滑材料存在强度不高、线膨胀系数大、导热性差、不耐高温、摩擦系数有的还不够低的缺点。因此目前还不能完全取代润滑油脂。 四、对固体润滑剂的要求 固体润滑剂应满足以下性能要求： 1)较低的摩擦系数在滑动方向要有低的剪切强度，而在受载方向则要有高的屈服极限。同时还要具有防止摩擦表面凸峰的穿透的能力(即材料的物理性能是各向异性的)； 2)附着力要强。要求附着力要大于滑动时的剪切力，以免固体润滑剂(或膜)从底材上或金属表面被挤刷(或撕离)掉； 3)固体润滑剂粒子间要有足够的内聚力，以建立足够厚的润滑膜，以防止摩擦表面的凸峰穿透并能贮存润滑剂； 4)润滑剂粒子的尺寸在低剪切强度方向应最大，这样才能保证粒子在滑动表面间能很好地定向； 5)在较宽的温度范围内，能保持性能稳定而不起化学反应。 要完全满足上述要求是不容易的。 不同的固体润滑剂，具有不同的特殊性能，一般情况只能满足或达到上述要

第六章 齿轮固体润滑高分子涂层材料

第六章齿轮固体润滑高分子涂层 一、概述 早在19世纪产业革命期间，诸如石墨、锡，铅等已经作为润滑剂用于低速运转的机器上。在二战期间，固体润滑就作为研究对象提了出来。德国的马克思?普朗克研究所和美国国家航空和宇航局的前身国家航空委员会都曾进行过研究开发，如将二硫化钼用于工业应用的试验，并开发了有机粘结固体润滑膜、二硫化钼润滑脂和聚四氟乙烯润滑剂等。到50年代初，美国制定了二硫化钼的美国军用标准，并将其作为军事机密。1957年，前苏联把固体润滑应用到人造卫星上。随后，二硫化钼溅射膜和离子镀膜相继出现，氟化石墨研制成功。在以后发射的气象卫星、国际通讯卫星、宇宙飞船等航天工程中大量使用着各种各样的固体润滑材料。在新兴的产业部门和新兴的技术领域中都在逐渐应用固体润滑，如以机器人和电子计算机为主的电子机械中，其主要的润滑部分(如齿轮机构、谐和减速器、轴承、滚珠丝杠、链索和链轮等)就是常用固体润滑剂聚四氟乙烯和二硫化钼作润滑剂。 齿轮的润滑是为了防止齿面的磨损、点蚀、胶合，以延长其使用寿命，提高齿轮的传动效率，从而达到提高生产率和节约能源的目的。要分析齿轮传动的润滑，就要了解齿轮传动的特点：齿轮传动是复合运动，除滚动外还有滑动，且滑动方向不断变化；两齿轮的相对曲率半径非常小；接触应力大；载荷变化大；接触点不固定；材料、加工、装配等条件不一样，可见其运动特性非常复杂。二、固体润滑涂层的作用 固体润滑涂层技术是指将固体物质涂或镀于摩擦副界面，作为固体润滑材料或固体润滑剂，对摩擦副界面进行润滑的方法，以降低摩擦或减少磨损。利用固体润滑材料进行润滑的方法称为固体润滑。摩擦副表面实施固体润滑涂层处理可在高温、高负荷、超低温、超高真空、强氧化还原、强辐射、少油或无油润滑的工况下使用，明显降低摩擦因数，提高耐磨性能，既可简化润滑机构，延长使用寿命，同时又提高了设备的可靠性。可作为固体润滑材料的物质有石墨、二硫化钼等层状固态物质、塑料和树脂等高分子材料、陶瓷、软金属及各种化合物等。固体润滑涂层技术由于其自身的优点已应用于军工、航空航天和高科技领域。解

第一节(三)固体润滑材料二硫化钼-(MoS2)固体润滑材料的制备方法

固体润滑材料二硫化钼-（MoS2）固体润滑材料的制备方法 文章来源：开拓者钼业 公司网址：https://www.wendangku.net/doc/808502329.html, 三、固体润滑材料二硫化钼-（MoS2）的制备方法 在密闭的齿轮箱内放进一定量的固体润滑剂粉末，通过齿轮运动将其飞溅在摩擦表面，依靠它的粘着力附着在轮齿表面，便组成了最简单的固体润滑摩擦副。随着对固体润滑材料二硫化钼-（MoS2）要求的不断提高和科学技术的进步，固体润滑材料二硫化钼-（MoS2）的制备工艺也不断完善。从制备原理来讲，刚本润滑材料二硫化钼-（MoS2）的制备可归纳为以下几种方法。 1. 二硫化钼-（MoS2）机械混合 将几种作用互补的物质进行机械混合，使其成为均质混合体。 2. 二硫化钼-（MoS2）热压烧结 在一种粉末型基材中加人另一种(或多种)其他粉末，经机械混合后成为均质混合体。然后进行热压烧结(在不同的气氛、压力和温度下)，使其成为具有一定物理机械和摩擦学性能的整体。用这种方法制备的固体润滑材料二硫化钼-（MoS2）较多，适用于金属基、非金属基和陶瓷等润滑材料二硫化钼-（MoS2）。 3. 二硫化钼-（MoS2）粘结 利用粘结剂将润滑剂粉末粘结在基材表面。如果将具有相当强度的金属或有机编织材料二硫化钼-（MoS2）作为背衬，其上再粘结润滑层，使形成了既有强度又有润滑性的复合层润滑材料二硫化钼-（MoS2）。 4 . 二硫化钼-（MoS2）气相沉积 通过物螋∫气相沉积（包括溅射、离子镀和等离子喷涂等)或化学气相沉积将润滑剂微粒粘着在基材表面形成固体润滑涂层。其粘着力由原子间的结合力呈现。 5 . 二硫化钼-（MoS2）化学反应 通过电镀化学镀，包括多层镀和复合镀等，将润滑剂微粒粘着在基材表癣形成固体润滑镀层。

粘结固体润滑涂层的研究及其应用

粘结固体润滑涂层的研究及其应用 摘要:粘结固体润滑涂层是固体润滑材料的主要类型之一，在航空航天等军工高技术领域和民用工业领域获得了广泛的应用。本文介绍了几种主要类型的粘结固体润滑涂层及其性能特点；概述了在粘结固体润滑涂层基础和应用研究方面的最新进展；结合典型应用事例，评述了粘结固体润滑涂层在解决特殊工况条件下机械的磨损、润滑、粘着冷焊等摩擦学问题中所发挥的重要作用；最后列表介绍了中科院兰州化物所近年来研制的几种粘结固体润滑涂层材料。 关键字:润滑,研究,技术,树脂 1 引言 近30年来，摩擦学研究的重大进展之一就是其研究重点从传统的流体动力润滑与润滑系统向摩擦学材料科学与技术（包括表面工程）的转变⑴。作为这一转变的重要标志之一的新型固体润滑材料与技术不仅在航空航天等军工高技术领域解决了一系列特殊工况条件下的润滑难题，而且在民用工业领域的应用也在迅速扩展。 粘结固体润滑涂层是固体润滑材料的主要类型之一，这是一种将固体润滑剂分散于有机或无机粘结剂体系中，再用类似于油漆的涂装工艺在摩擦部件表面上成膜以降低其摩擦与磨损的一种新型润滑技术。在西方发达国家，自1946年美国NASA研制出第一种含MoS2的有机粘结固体润滑涂层以后，因其性能独特，有关这一类材料的研究和应用均得到了迅速的发展。有关国家不仅制定了相关的技术标准，而且创建了多个专门从事这一类材料研究和开发生产的实体，截止目前，仅实现商品化生产的就有上百个品种，其应用已遍布从高技术的航空航天到日常生活的各个方面。 国内粘结固体润滑涂层研究的起步并不算晚，60年代初以来，结合国防军工高技术产业的发展要求，先后研制了几十个品种的粘结固体润滑涂层材料，解决了一大批航空航天等重点军工型号建设中的重大润滑难题。尤其是近年来，针对高温、真空、高负载、强辐射等极端苛刻工况条件下的使用要求，在系统开展粘结固体润滑涂层应用基础研究的基础上，研制出了多种具有特殊性能并具有良好综合性能的先进粘结固体润滑涂层材料，其中有些品种达到了美国军标的要求，使我国的粘结固体润滑涂层材料的研究达到了国际同类材料的先进水平，为国防现代化做出了重要的贡献；另一方面，在民用工业领域，自八十年代以来，随着引进技术的不断增多，带来了大量的粘结固体润滑涂层的应用技术，国产粘结固体润滑涂层亦以此为契机，开始获得了广泛的应用，并取得了显著的经济和社会效益。本文在系统概述各种类型粘结固体润滑涂层性能特点的基础上，重点评述了近年来中科院兰州化学物理研究所在粘结固体润滑涂层的基础和应用研究方面的最新进展，介绍了粘结固体润滑涂层在军用和民用工业领域的典型应用，目的是要推动我国粘结固体润滑涂层之研究和应用的更快发展。

模具表面,自润滑超耐磨,处理技术

模具表面自润滑超耐磨处理技术 随着工业的发展，模具的需求量越来越大，模具寿命也愈来愈引起人们的重视。在生产中，很多模具存在易损伤，需频繁刃磨、修理等现象，严重地影响生产进度和产品质量。 823模具专用抗磨剂是北京邮电大学化学防护研究所彭道儒教授发明的《djb—823固体薄膜保护剂》（国家军用标准gjb—1300—91）系列产品之一。该产品抗腐蚀，具有良好的润滑性能和耐磨性能，可使模具寿命提高3~10倍，而且成本低、操作简单、周期短、见效快。 一、产品特点 1. 有机合成物: 823抗磨剂是两种具有特殊结构的物质以润滑剂与金属缓蚀剂相结合的一种人工有机合成物。该合成物是具有永久偶极矩的强极性分子，能通过分子端基所具有的静电场力和配位场力与金属原子的空轨道形成化学键结合，其结合力为30~150千卡/mol，比分子间结合力大11~300倍。 2. 极性分子：极性分子由头和尾组成，极性分子头内有密集的电子云团，其中能量较大的电子进入金属表面原子的空轨道与金属原子形成化学键结合（共价键和配位键），具有很强的极性。整个分子长度约35~37? (图一)，尾部有很强的自润滑特性，起着润滑耐磨作用。 3. 作用机理: a. 防腐性: 涂敷823抗磨剂的金属表面，可以形成一层完整的保护膜。这层膜由无数个极性分子定行排列而成(图二)，构成了一层固体薄膜，隔绝了空气和水分等介质对金属表面的接触，显示出优良的防腐蚀性能。 b. 润滑性：涂敷823抗磨剂的两个金属的相互运动实际上是铆在金属表面上的823抗磨剂极性分子尾与尾之间的摩擦(图三)，形成非金属与金属之间的摩擦。 c. 耐磨性：涂敷823抗磨剂的金属表面可以形成多分子结构，一般有3~4层(图四),厚度约200?(20nm)。如超过4层，823抗磨剂分子不能定向排列，形成物理吸附层(图五)。多分子结构的823抗磨剂涂层，形成摩擦为薄膜与薄膜之间的摩擦，涂与不涂提高耐磨性 11.09倍。 d. 使用方便：823抗磨剂工艺简单，将工件处理后放进823溶液中浸泡1~3分钟取出烘干即可形成一层致密的干性保护膜，厚约1~2微米。该膜层不影响工件的尺寸精度与固有的物理特性。 e. 成本低廉： 500ml溶液可涂敷5~7平方米的表面积，涂敷成本每平方分米约0.2~0.5元。 f. 应用广泛：823抗磨剂的工艺适用于各种金属材料，不仅能在钢铁制品表面而且在粉末冶金和铸铁件表面形成厚度均匀、组织致密的保护层。广泛用于钢铁、铸铁、钢管、钢板以及金、银、铜等有色金属和非金属材料的表面处理。 g. 结合强度高：823抗磨剂与金属基件结合强度高，不起皮、不脱落、不生锈；既保持了金属基件原机械性能，而且增加了耐磨性与耐腐蚀性。 h. 涂层均匀： 823抗磨剂涂层均匀致密。不论是浅孔、深孔、管道内壁、制品拐角等形状复杂的表面，都能进涂层均匀行表面处理，无麻点、无气孔。 823抗磨剂可以同时满足润滑、耐磨、导电、绝缘、防潮湿、防霉菌、防盐雾、防手汗、耐冲击、防工业大气、耐高低温等十六个性能指标。其综合性能指标达到或超过了通过国家专利局和国家科委情报中心检索的、世界专利收集到的文献资料上的技术性能指标，居国际先进水平。 二. 提高模具的耐磨性

第四章固体润滑材料

第四章: 固体润滑 二、固体润滑材料 固体润滑剂的作用是以固体润滑物质（如固体粉末、薄膜及固体复合材料等）来减少作相对运动两表面的摩擦与磨损，并保护该表面，在固体润滑过程中，固体润滑剂和周围介质要与摩擦表面发生物理、化学反应生成固体润滑膜，降低磨擦磨损。固体润滑剂的材料有无机化合物（石墨、二硫化钼、氮化硼等）、有机化合物（蜡、聚四氟乙烯、酚醛树脂）和金属（Pb\Sn\Zn）以及金属化合物，其中以石墨和二硫化钼应用最广。 固体润滑剂的适用范围比较广，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宙机械，都能有效地进行润滑。 1、常见固体润滑剂的种类： ①粉状润滑剂：有二硫化钼粉剂、二硫化钨粉剂、二硫化钼P型、胶体石墨粉。 ②膏状润滑剂：有二硫化钼重型机床油膏、二硫化钼齿轮油润滑油膏、二硫化钼高温齿轮油膏、特种二硫化钼油膏、齿轮润滑用GM-1型成油膜膏。 2、固体润剂的基本性能 与摩擦表面能牢固地附着，有保护表面功能固体润滑剂应具有良好的成膜能力，能与摩擦表面形成牢固的化学吸附膜或物理吸附膜，在表面附着，防止相对运动表面之间产生严重的熔焊或金属的相互转移。 抗剪强度较低固体润滑剂具有较低的抗剪强度，这样才能使摩擦副的摩擦系数小，功率损耗低，温度上升小。而且其抗剪强度应在宽温度范围内不发生变化，使其应用领域较广。 稳定性好，包括物理热稳定，化学热稳定和时效稳定，不产生腐蚀及其他有害的作用。 ①、物理热稳定是指在没有活性物质参与下，温度改变不会引起相变或晶格的各种变化，因此不致于引起抗剪强度的变化，导致固体的摩擦性能改变。 ②、化学热稳定是指在各种活性介质中温度的变化不会引起强烈的化学反应。要求固体润滑剂物理和化学热稳定，是考虑到高温、超低温以及在化学介质中使用时性能不会发生太大变化，而时效稳定是指要求固体润滑剂长期放置不变质，以便长期使用。此外还要求它对轴承和有关部件无腐蚀性、对人畜无毒害，不污染环境等。 要求固体润滑剂有较高的承载能力：因为固体润滑剂往往应用于严酷工况与环境条件如低速高负荷下使用，所以要求它具有较高的承载能力，又要容易剪切。 3、固体润滑剂的使用方法 1)作成整体零件使用：某些工程塑料如聚四氟乙烯、聚缩醛、聚甲醛、聚碳酸脂、聚酰胺、聚砜、聚酰亚胺、氯化聚醚、聚苯硫醚和聚对苯二甲酸酯等的摩擦系数较低，成形加工性和化学稳定性好，电绝缘性优良，抗冲击能力强，可以制成整体零部件，若采用环璃纤维、金属纤维、石墨纤维、硼纤维等对这些塑料增强，综合性能更好，使用得较多的有齿轮、轴承、导轨、凸轮、滚动轴承保持架等。 2)作成各种覆盖膜来使用：通过物理方法将固体润滑剂施加到摩擦界面或表面，使之成为具有一定自润滑性能的干膜，这是较常用的方法之一。成膜的方法很多，各种固体润滑剂可通过溅射、电泳沉积、等离子喷镀、离子镀、电镀、粘结剂粘结、化学生成、挤压、浸渍、滚涂等方法来成膜。市面上已出现了无润滑轴承及采用纳料技术的固体润滑剂。 3)制成复合或组合材料使用：所谓复合（组合）材料，是指由两种或两种以上的材料组合或复合起来使用的材料系统。这些材料的物理、化学性质以及形状都是不同的，而且是互不可溶的。组合或复合的最终目的是要获得一种性能更优越的新材料，一般都称为复合材料。 4)作为固体润滑粉末使用：将固体润滑粉末（如ＭoＳ2）以适量添加到润滑油或润滑脂中，可提高润滑油脂的承载能力及改善边界润滑状态等，如ＭoＳ2油剂、ＭoＳ2 油膏、ＭoＳ2润滑脂及Ｍo Ｓ2水剂等。

石墨对几种自润滑材料性能的影响

石墨对几种自润滑材料性能的影响 摘要：石墨作为润滑剂，因为具有优良的性能，在不同的基质中加入石墨，在一定程度上改变了材料的耐高温性能、耐冲击性能、耐磨擦性能等。Ni-石墨合金具有良好的塑性变形，可以轧制成薄板材料；碳纤维增强Cu/Ti3SiC2中，随着复合材料内碳纤维的体积含量增加，磨损系数减小，磨损率也下降；石墨颗粒在铜基自润滑材料中，石墨颗粒分布越均匀，越有利于降低摩擦系数；石墨在热喷涂耐磨材料中含量越高，提高了材料的耐磨性。在介绍石墨与几种材料作用的机理的同时，说明了石墨的具体应用，使材料能在更广泛的范围内使用。 关键词：石墨自润滑摩擦耐磨性性能 前言 由于机器零件磨损所造成的直接与间接损失十分惊人，磨损使零件的配合间隙增大，导致机器的精度下降、效率降低，最后使机器丧失工作能力。机器的早期失效或突然事故，常常会引起工厂全部或局部停产，造成巨大的经济损失,这样就必须在机器服役期间进行设备维修和制造大量的备件，因此浪费了许多人力、物力和时间由此可见，机器零件的摩擦与磨损，实是构成能源与材料大量损耗的主要因素。因此，防止活动接头的摩擦和磨损损失，是现代机械制造业的重要任务，引起了世界各国科学工作者的兴趣。 根据所有这些情况，对减摩材料提出了在不同的具体条件下使用的要求。为保证减摩材料在预定条件下的使用寿命，材料应具有确定的性能。另外，减摩材料还应具备一般减摩材料都应具备的其它性能。这些性能是:摩擦系数低，耐磨性高;最佳的体积强度和表面强度，从而把表面层的高强度与摩擦偶件的易磨合性结合起来;有足够的韧性，没有脆性断裂的可能性;疲劳强度高;有构成二次组织层的能力，以便提高摩擦材料表面的抗咬合性;有足够的导热率和最佳的热胀系数;材料中贮存着固体或其它润滑剂;制造中的经济效果和工艺性好。 1 自润滑材料的滑动摩擦特性和自润滑机理 1）滑动摩擦特性：滑动摩擦特性的曲线图分为三个阶段，du/dn<0,表明随滑动摩擦的进行，摩擦系数降低，其实质是自润滑材料向摩擦表面供油的能力逐步提高，是自润滑开始工作阶段。Du/d n→+0,表明随摩擦的进行，摩擦系数变化很小，自润滑进入稳态，是自润滑稳态工作阶段。Du/dn→∞,表明随摩擦的进行，摩擦系数急剧升高，自润滑稳态工作状态被破坏，而材料丧失自润滑能力后，摩擦将变成干摩擦，是自润滑失稳向干摩擦过渡阶段。 2）固体滑动摩擦自润滑机理：指利用固体材料来减少构件之间接触表面的摩擦与磨损的润滑方式。而自润滑材料是具有固体润滑的性能。 2 石墨的性能 石墨具有以下优良的性能： 1）柔软而容易滑动，也就是具有良好的润滑性。因为不同碳层之间仅存在范德华力结合，所以石墨容易沿着与层平行的方向滑动开裂，具有良好的润滑性； 2）是化学上非常稳定的物质，几乎不受所有有机溶剂、腐蚀性化学品的侵蚀，还具有不受很多熔融金属或玻璃浸润的特点。在固体材料的形式下，也只有石墨及其混合物能适用于各种用途； 3）无毒廉价。石墨是非常稳定的物质，对生物细胞没有毒性，石墨不妨碍健康，因而便于在工业上使用； 4）耐高温。石墨的耐热性，在氧化环境气氛下于550℃左右开始旺盛。然而，在还原气氛和真空中则被熔化，并具有到3400℃的耐热性，因而适用于作高温润滑、脱模剂以及耐火材料等；

固体自润滑材料研究进展

固体自润滑材料研究进展 摘要：综述了固体自润滑材料的种类、性能、组织、应用以及自润滑机理。指出为了满足科技的日益发展，迫切需要研制从添加润滑剂到无须添加润滑剂而具有自润滑的材料。 关键词：自润滑摩擦磨损组织机理 前言 固体润滑是指利用固体材料来减少构件之间接触表面的摩擦与磨损的润滑方式。而自润滑材料是具有固体润滑的性能。固体润滑技术的发展,主要是从二战以后的航空工业、空间技术等高技术领域开始的。在某些不能或者无法使用润滑油和润滑油脂的高温、超低温、强辐射、高负荷、超高真空、强氧化、海水以及药物等介质的条件下,固体自润滑技术显示出良好的适应性能,被广泛应用于冶金、电力、船舶、桥梁、机械、原子能等工业领域,因而在欧美工业发达国家受到相当的重视。 1固体自润滑材料的性能 1.1铝、铅及石墨的含量对铝铅石墨固体自润滑复合材料性能的影响 固体润滑剂的加入对材料的摩擦学性能有较大的影响，采用常规的粉末冶金方法制备了铝铅石墨固体自润滑复合材料,并对其力学性能和摩擦磨损性能进行了研究。早在20世纪60年代初期,人们就已经发现,两种或者多种固体润滑剂混合使用时,会产生一种料想不到的协同润滑效应。其润滑效果比任何一种单独使用时都好[1]。考虑将石墨和铅作为组合固体润滑剂同时使用。多元固体润滑剂的复合使用是固体自润滑材料的一个发展方向。 实验通过不同的成分配比，采用常规的粉末冶金方法。将各种原料粉末按实验需要的配比称好后置于V型混料机中干混4~6h,在钢模中进行压制,压制压力为0.5Gpa,然后在高纯氮气保护气氛下烧结60 min。得到的样品，对其进行性能测试。主要是对其样品进行力学性能、物相分析、金相分析及摩擦学性能的测试。 通过实验的测试结果可得到以下结论[2]： 1)在铅和石墨总含量不变的情况下,随着石墨含量的增加,铝铅石墨固体自润滑复合材料的力学性能下降,但石墨含量对强度的影响不如对硬度的影响程度大。 2)铅和石墨有着良好的协同润滑效应,随着石墨含量的增加,复合材料的摩擦因数减小,同时材料的磨损量也明显下降。 3)在固体润滑剂含量相同的情况下,铝铅石墨材料的力学性能略低于铝铅材料,但是其摩擦磨损性能好得多,这是因为石墨的润滑性能比铅好,而且存在良好的协同润滑效应。 1.2石墨含量、粒度及温度对铜基自润滑材料力学和摩擦磨损性能的影响 铜基自润滑材料具有抗氧化、耐腐蚀及磨合性好等特性,含油粉末冶金铜基自润滑轴承和轴瓦在纺织机械、食品机械、办公机械及汽车工业中得到了广泛的应用.然而当温度高于300℃后,铜基材料强度明显降低、耐磨性变差.为了充分发挥铜基材料的优良特性,提高铜基自润滑材料的使用温度显得尤为重要。通过基体多元合金化和选用不同粒度的石墨颗粒,采用常规粉末冶金方法制备了铜基石墨固体自润滑材料,在大越式OAT-U型摩擦磨损试验机上考察了复合材料从室温到500℃温度条件下的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌,进而探讨其摩擦磨损机理。深入研究铜基自润滑材料在较高温度条件下的摩擦磨损性能及机理,对研制开发高温铜基自润滑材料具有重要意义。选用不同粒度的石墨颗粒作为主要润滑组分,并对铜合金基体进行合金化优化设计,采用常规的粉末冶金方法制备了铜基石墨固体自润滑复合材料,考察了其在室温至500℃温度条件下的摩擦磨损性能。 通过实验测试可得到石墨含量对室温力学和摩擦磨损性能的影响、石墨粒度对室温力学和摩擦磨损性能的影响及温度对铜基石墨自润滑摩擦磨损性能的影响[3]。

高分子固体润滑耐磨涂层研究进展_乔红斌

高分子固体润滑耐磨涂层研究进展 乔红斌,郭强 (上海大学材料科学与工程学院,上海200072) 摘　要:在阐明高分子固体润滑耐磨涂层的主要类型和减摩耐磨机理的基础上,总结评述了常用的几种高分子树脂基体固体润滑耐磨涂层的摩擦学特性,分析讨论了高分子涂层固体润滑耐磨性能的影响因素,并且展望了高分子固体润滑耐磨涂层的发展趋势和研究方向。 关键词:高分子涂层;磨损;摩擦;固体润滑 中图分类号:T B322 文献标识码:A 文章编号:1000-3738(2004)02-0001-03 Research Progress of Solid Lu bricating and Wear Resistant Polymer Coatings QIAO Hong-bin,GUO Qiang (Shanghai University,Shanghai200072,China) A bstract:On basis of introducing primary types of poly mer coating s fo r the application in solid lubricating and w ear resistance and clarifying the mechanisms of anti-friction and wear resistance,the tribolo gical characteristics of several kinds o f so lid lubricating and w ear resistant poly mer coating s are summarized.T he facto rs o f effect on their solid lubricat-ing and wear resistance are discussed.I n additio n,the development trend and research direction of solid lubricating and w ear resistant polymer coatings are predicted. Key words:poly mer coating;w ear;friction;solid lubrication 1　引　言 近年来,随着摩擦学研究的重点从传统的流体动力润滑系统转向摩擦材料及其表面工程[1],固体润滑涂层研究日益受到重视。摩擦副表面实施固体润滑涂层处理可在少油或无油润滑的工况下使用,明显降低摩擦系数,提高耐磨性能,既简化了润滑机构,延长使用寿命,同时又提高了设备的可靠性。 2　高分子固体润滑耐磨涂层 固体润滑涂层的主要类型包括高分子涂层、金属涂层以及氧化物、氮化物、碳化物的陶瓷涂层[2]。高分子涂层又可以分为有机粘结型和涂料型两类。前者是采用一种粘结剂作为载体,把一种或多种固体润滑剂粘附在摩擦部件表面,这种传统的粘结型固体润滑涂层是目前品种最多、应用最广的一类。通常采用的粘结剂有环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺 收稿日期:2003-01-02;修订日期:2003-04-11 基金项目:国家自然科学基金资助项目(59675033) 作者简介:乔红斌(1973-),男,江苏泰州人,博士研究生。 导师:郭强教授树脂、聚酰亚胺树脂、聚氨酯等,采用二硫化钼(MoS2)、石墨、PTFE、金属氧化物、卤化物、硒化物、软金属等作为固体润滑剂。后者是由具有固体润滑和耐磨性能的特种高分子工程涂料形成的涂层。用作涂料的不仅有溶液型涂料,还包括粉末型涂料,如聚乙烯粉末涂料、聚酯粉末涂料、环氧树脂粉末涂料以及聚酯/环氧树脂粉末涂料等。溶液型涂料采用的树脂与上述粘结剂树脂类似。 高分子固体润滑耐磨涂层的作用机理可以是下述的一项或几项: (1)高分子涂层可以隔离摩擦副表面间直接接触,而涂层摩擦阻尼较小。 (2)高分子涂层在对磨金属表面形成转移膜,隔离摩擦表面间直接接触,降低摩擦阻尼。 (3)高分子涂层表面微观多孔状或桔皮状结构可储藏润滑油,与固体润滑剂产生减摩协同效应。 (4)高分子涂层易于塑性变形,与对磨表面相适配,增大真实接触面积,缓解应力集中。 (5)高分子涂层具有良好的防腐性能和吸震功能,从而避免了腐蚀磨损和冲击磨损的发生。 高分子涂层的使用性能主要依赖于基体树脂的种类和固体润滑剂配方,常以高分子树脂的种类来 第28卷第2期2004年2月 机　械　工　程　材　料 M aterials　for　Mechanical　Engineering V ol.28　No.2 Feb.2004

固体润滑剂的特性

固体润滑剂的特性 文章来源：开拓者钼业 https://www.wendangku.net/doc/808502329.html, 1.3.1 固体润滑剂的特性 1.3.1.1 摩擦特性 所有的摩擦副都要承受一定的负荷或传递一定的动力，并且以一定的速度运动。黏着于摩擦表面的固体润滑剂在与对偶材料摩擦时，在对偶材料表面形成转移膜，使摩擦发生在固体润滑剂之间。这样才能表现出零号的摩擦特性——较低的摩擦系数。 固体润滑剂的摩擦特性与其剪切强度有关，剪切强度越小，摩擦系数则越小。层状结构润滑材料在摩擦力的作用下，容易在层与层之间产生滑移，所以摩擦系数小。软金属润滑材料能产生晶间滑移，剪切强度也很小，因而这些物质可以作为固体润滑剂。 1.3.1.2 承载特性 对偶材料在摩擦时，由于摩擦表面的粗糙度，会使微凸体处产生局部高温，而且，负荷越大，温度越高，速度越快，温升也越大，因而磨损也越大。 固体润滑剂应该具有承受一定负荷和运动的速度的能力，即承载能力。在它所能承受的负荷和速度范围内，应该使摩擦副保持较低的摩擦系数，不使对偶材料间发生咬合，而且应使磨损减到最小。 为了使固体润滑剂在规定的工作条件下充分发挥其润滑作用，对于轴承等材料来说，有个特定的标量，即pv值（pa·m/s）——负荷与速度的乘积。对于每种润滑材料，都有其极限pv值（超过该值运行便

失效）和工作pv值（正常工作条件），通常，工作pv值为极限pv值的一半左右。 固体润滑膜的承载特性与其本身的材质有关，尤其受其物理学性能的影响，同时也与固体润滑剂在基材料上的结合强度有关。结合强度越高，承载能力越大。 1.3.1.3 耐磨性 对偶材料在一定负荷和速度下发生摩擦，总会产生磨损。固体润滑剂的耐磨性能与下列两个因素有关。 1）固体润滑剂对摩擦比偶民的黏着力越强，越容易形成转移膜，其耐磨性也越好，固体润滑膜的寿命越长。 2）固体润滑剂应该具有不低于基材的热膨胀系数。当摩擦引起升温时，由于其热膨胀系数较高而将突出基于基材表面，并与对偶材料接触，不断提供固体润滑剂，以维持较好的耐磨性能。 同时，固体润滑剂的耐磨性与气氛黄精条件有关。 1.3.1.4 宽温性 固体润滑剂应能在一定的温度范围内工作。目前，固体润滑剂的使用温度上限在1200℃（金属压力加工中所使用的固体润滑剂），最低温度在-270℃左右（液氧和液氮等输液泵轴承的固体润滑）。但是，无论何种固体润滑剂都没有这样宽的工作范围。实际使用的固体润滑剂只要求适用于某一特定的温度范围，而且通过制造特定的复合润滑材料便可以用于某个温度范围工作。在一定工作温度范围内，固体润滑剂应该具有较低的摩擦系数、较好的润滑性能和耐磨性。

固体润滑二硫化钼(MoS2)材料的应用

一、固体润滑二硫化钼（MoS2）材料的应用 固体润滑二硫化钼（MoS2）材料的应用可归纳为以下诸多方两： 1.负荷高的滑动部件，如重型机械、拉丝机械等； 2.高速运动的滑动部件，如弹丸与枪膛之间的滑动面； 3.速度低的滑动部件，如机床导轨等； 4.温高的滑动部件，如炼钢机械、汽轮机等； 上海亿霖润滑材料有限公司：132 **** **** 5. 度低的滑动部件。如致冷机械、液氧、液氨输送机械等：； 6. 高真空条件下的滑动部件，如原子宇航器上的机械等； 7. 接受强辐射的滑动部件，如原子能发电站的某些机械； 8.耐腐蚀的滑动部件，如处于强酸、强碱和海水中的活动部件； 9. 需防止压配装时损坏的部件，如果某些紧固件等； 10.长需期搁置、一旦启动就要求运转很好的部件，如安全装置、汽车驾驶盘的保险装置、导弹防卫系统等； 11. 安装能再接近的部件，如原子能机械、航犬机械等； 12. 安装后不能冉拆卸的部件。如桥梁支承、航天器的密封部件等； 13. 电性良好的滑动部件，如可变电阻触点、电机电刷等； 14. 有微振动的滑动部件，如汽车、飞机等有不平衡件的自动工具等； 15. 不能使用油泵油路系统润滑二硫化钼（MoS2）的机械，如宇宙飞船、人造卫星上的滑动部件等； 16. 环境条件很清洁的滑动部件，如办公机械、食品机械、精密仪表、家用电器和电子计算机等； 17. 耐磨粒磨损的运动部件，如钻探机械、农业耕作机械等； 18. 环境条件很恶劣的运动部件，如矿山机械、建筑机械、潜水机械等。 还可以列出一些固体润滑二硫化钼（MoS2）材料的垃用范畴。每一类间体润滑二硫化钼（MoS2）材料可以在多个领域、多种工业或多种工况条件下得到应用。而每一个领域、每一种工业或每一种工况条件下也可以成用多种类型的固体润滑二硫化钼（MoS2）材料。其中涉及到固体润滑二硫化钼（MoS2）材料的设计、制备工艺方法和应用技术等，下面仅举几方面得到成功应用的范例。

固体自润滑复合材料分类

固体自润滑复合材料分类 根据基体材质不同大致可将固体自润滑复合材料分为聚合物基、陶瓷基和金属基等三大类。 A.聚合物固体自润滑复合材料 目前常见的减摩用聚合物有：聚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯、尼龙(PA)、聚甲醛(POM)、聚乙烯(PE)等。其中PTFE本身也是一种良好的固体润滑剂，是研究较早且应用最广的耐热性聚合物基自润滑材料，其分子结构规整，静摩擦系数可达0.04，是已知的可实用的滑动材料中摩擦系数最小的。然而，聚合物材料机械强度低、耐热和传热性能不理想，即使环境温度不升高，但在摩擦条件十分苛刻的条件下，传热性能低的聚合物材料很容易发生局部升温而达到耐热极限，因此不适宜高温、高速、重载等工作条件。 B.陶瓷基固体自润滑复合材料 新型结构陶瓷材料具有高强度、高硬度、低密度，以及优异的化学稳定性和高温力学性能等特点，因此有关陶瓷基自润滑复合材料及摩擦学性能的研究日益 受到重视。Sliney等选择了Cr 3C 2 为陶瓷相，以Ni为粘结相，CaF 2 和BaF 2 的共 熔物与银为润滑剂，制备了性能优异的高温自润滑金属陶瓷涂层PS200，对上述 配方进行调整可制得PS212涂层及PM212陶瓷复合材料，对解决斯特林发动机等的高温润滑问题有重要意义。王静波等考察了Ni-WC-PbO系自润滑金属陶瓷的高温摩擦学特性，发现摩擦化学产物PbW0 4 是该类材料具有优异摩擦学特性的主要 原因，直接加入PbW0 4 时材料的摩擦学性能较好，但其机械性能略差。陈晓虎研究了润滑组元(石墨、氮化硼)与氧化铝基体化学相容、物理匹配关系及其对自润 滑陶瓷材料摩擦学性能的影响，将石墨和氮化硼同时引入A1 20 3 陶瓷基体之中， 润滑减摩性能明显提高。总体上讲，自润滑陶瓷材料成为解决极端苛刻工况条件下实现自润滑要求的有效途径，但目前自润滑陶瓷材料的研究仍处于起步阶段，离实际应用还存在一定的距离。 C.金属基固体自润滑复合材料 金属基固体自润滑复合材料是固体润滑剂作为组元加入到金属基体中形成的复合材料,它具有如下特点：熔点高，机械强度高，有较好的韧性和延展性；热传导性和导电性好；尺寸稳定，耐潮湿，摩擦因数小，耐磨寿命长等优良的摩

固体润滑涂层的评价和使用

固体润滑涂层的评价和使用 郑友华李冀生王美玲 （中科院兰卅Ｉ化学物理研究所７３∞【】【）） ：：摘要：小史主要介绍ｒ＝＿硫化钥、石墨、聚ｐｑ氟乙烯二二种固体润滑涂层的特点以及润滑涂层摩擦瞎损性能的评价ｋ：＝于．段和方法，以及白架试验和应用实蜘。提出ｒ选用方法和步骤。＃｝关键词：二硫化钼石墨聚四氟乙烯固体润滑涂层减磨一。ｕｌ ’Ｊ ｙ ＴｈｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅＵｓｅｏｆｔｈｅＢｏｎｄｅｄＳｏｌｉｄ．ＬｕｂｒｉｃａｎｔＦｉｌｍ ＺｈｅｎｇＹ０ｕｈｕａＬｊＪｉｓｈｅｎｇＷａｎｇＭｅ川ｎｇ （ｈｄｌｏｕＩ吲ｌｆｕｔＰｏｆＣｈｅｌｎｉ浏Ｐｈｙｓｌｃｓ，ｔ｝ｌｒＣｈｉｎ啪Ａｃａ曲１１ｙｏｆｓｃｌＰｎｃｅｓ，Ｉａ｜ｄ砷ｕ７３００００）Ａｂｓｔｒａ“：ＴｈｂＰ叩ｒ＂ｎ似¨ｅｓＩｈｅｃｈａ瑚ｌｅｎｓｔｌｃｓ０ｆｔ｝１ｅ№１ｄ。ｄｓｏｌｊ（¨ｕｈｒ洲ｎ１瑚ｗｈｌｃｈｂ耕ｓ船ｐ∞ｌ删！卅ｔ洲Ｙｌｘ】Ｐｎｕｎｌｄｌｓｕ】６把刚山ｌｍ￡ＩｒＩ（｛１７ｎｌｃＡｎ（１ｌｔｍＩＩ砌ｕ忡ｓ山ｅｍｅａｓＬｕ℃ｓ０ｆ山ｅＰＹ出ｕａｔｌｏｎ ｏｆ而ｔ，ｔ㈣ｄｗｅａｒｋｈａ“ｏ佴ｌｏｔ｝ｌ∞ｅ６ｌｎＢ，㈣ｉｍｕＩｍｌ“ｇｔｅＨｔ”塔ａ兀ｄ… ｑ甲】ｖｍｇ㈣ｌ—ＰｓＴｈｅｍｅ小０【ｌａｎｄⅡ忙ｐ“）∞ｓｓａ畔ｒｅ‘彻ＩｎＥｎｄｄ｛南ｒｕｓａＦ０ｆａ舯ｌｌｄ—ｌｌ出ｎｒａｎＩ“Ｉｒ｜ｌ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍ咖Ｍ删皿蛐ｄｅＧ豫ｐ１．ｉｔｅ兀下ＥＢ∞ｄｅｄｓ０Ｉ鲥胁ｎＦ＾ｃ岫Ｉ 固体润滑涂层是一种特种润滑材料，众所周知，二硫化钼、百墨、聚四氟乙烯等材料具有良好的摩擦学性能，是常用的固体润滑材料以这些材料为主要成分的固体润滑涂层可以划分为二硫化钼基固体润滑涂层，这二种类型的涂层在航空、航天、汽车工业等领域都有应用，但由于起主要作用的固体润滑相本身的差别，这三种固体润滑涂层有着各自的最适合用途和使用条件要求。表ｌ所示为三种固体润滑涂层材料 涂层、石墨基固体润滑涂层和聚四氟乙烯基固体润滑的适用条件和适用场合 表ｌ固体润滑涂层材料的适用条件和适用场合 ’～～涂层类型 ＝硫化铝基石墨基聚四氟己烯基 １＾用条件～～～＼ 使用温睦（。ｃ）～２００℃．最高３００℃（短期）～Ｎ幻℃～３００℃ 对底材腐蚀性无腐蚀有电化学腐蚀无腐蚀卒擦系数低（重负荷下）低（湿气环境）低 承载能力高高低 耐辐射忡好（耐辐射牯结体系）好（耐辐射粘结体系）差 具有高的承载能力，干摩擦条具有岛的承载能力，干摩擦条承戴能力比．硫化钼蛙涂层和 件Ｆ适用于低速、重载工况，件下适用于低速、重载工况，石墨基涂层低．但在低负荷下 在２∞℃以下的条什下．二硫耐温性能优于二硫化钼基固体性能优异，摩擦系数低．动静适用特电 化钼基固体润滑涂层的主要性润滑涂层，可住３００℃的条件摩擦系数差值小。聚四氟乙烯 能指标全面优于石墨基涂层．下使片ｊ，石墨基涂层的缺点是基涂层迁具有低表面能的特点． 在３００℃条件下可短期使用。埘金属底材有电化学腐蚀。耐温性也较好 固体润滑涂层的性能除ｒ与润滑材料种类有关外，枯结剂的性能对涂层的主要使用性能有重要的影响．如耐磨寿命、承载能力、耐油性、耐高温性、耐辐射性等等自从固体润滑涂层技术在上个世纪中期投入实际使用以来，随着化学工业的不断发展和进步，固体润滑涂层“骨架”——粘结剂——的品种大大增加，陛能也大幅度提高，以及对各种添加剂西同作用的研究，促进了固体润滑涂层性能指标的提升。以二硫化钼基固体润滑涂层的发展来看，２０世纪６０年代初期，美国就制定了航空飞行器使用的热固化二硫化钼基固体润滑涂层军用标准，如ＭＩＬ—Ｌ一８９３７、１４ＭＩＩ。一Ｌ一４６０ｌＯ，经过数次修订，最新的版本是２０００年发布的ＭＩＬ—ＰＲＦ一４６０ｌＯＦ，就其性能指标而言较６０年代的版本有很大提高。 １固体润滑涂层性能评价 固体润滑涂层的性能指标有附着能力（包括附着力、柔韧性、耐冲击性）、耐温性能（耐高温、耐低温）、耐环境能力（包括耐盐雾、耐湿热、耐辐射）、耐介质性（耐油、耐溶剂）、耐磨寿命和承载能力。本文介绍的三种类型的固体润滑涂层首先在航空工业领域得到了较为广泛的应用，因此目前固体润滑涂层的性能评价标准多是以航空飞行器生产和使用的要求 《润滑与密封》 万方数据