用于滑动轴承的减摩耐磨涂料及其制备方法和涂层的制备方法与流程

1.本发明属于涂料技术领域，具体涉及用于滑动轴承的减摩耐磨涂料及其制 备方法和涂层的制备方法。


背景技术：

2.滑动轴承广泛应用于各种机械传动设备，如柴油机、汽轮机、重载齿轮箱、 冶金设备、各类泵、各类工程机械等。通过在滑动轴承表面喷涂减摩耐磨涂层， 降低对磨副的摩擦系数并且增强其耐磨性能，是提升滑动轴承及传动系统性能 的主要途径之一。
3.随着机械传动设备适应更极端工况的要求，其所使用滑动轴承需要承受更 大载荷、更剧烈冲击、更低或者更高转速、以及其它极端工况，传统减摩耐磨 喷涂涂层已无法满足更极端工况带来的挑战。
4.因而，需要研制新型减摩耐磨涂料，喷涂于滑动轴承表面，以进一步降低 滑动轴承的摩擦系数并且增强其耐磨性能。同时，相对于传统减摩耐磨喷涂涂 层，要求新型涂层具有更加优异的抗疲劳性能和更高的结合强度。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明的目的在于提供用于滑动轴承的减摩耐磨涂料，解决滑 动轴承适应更恶劣工况的要求；本发明的另一目的在于提供其制备方法；本发 明的另一目的在于提供包含该涂料的涂层的制备方法。
6.技术方案：为实现上述发明目的，本发明提供用于滑动轴承的减摩耐磨涂 料，包括以下质量百分比的组分：石墨烯0.5～1.5
‰
、磷酸锆1～2％、聚四氟乙 烯8～15％、二硫化钼8～15％、粘结剂18～22％、固化剂3～5％、助剂1～5％，余 量为溶剂。
7.在一些实施例中，所述粘结剂为e20环氧树脂。
8.在一些实施例中，所述固化剂为聚酰胺。
9.在一些实施例中，所述溶剂包括环己酮、二甲苯和正丁醇，所述环己酮： 二甲苯：正丁醇的质量比为2:2:1。
10.在一些实施例中，所述石墨烯通过液相剥离法制备得到。
11.在一些实施例中，所述的用于滑动轴承的减摩耐磨涂料的制备方法，包括 如下步骤：
12.1)按比例配置三份溶剂，采用其中两份溶剂分别溶解粘结剂和固化剂，分 别得到粘结剂溶液和固化剂溶液；采用其中一份溶剂溶解石墨烯，超声分散后 得到石墨烯溶液；
13.2)在所述粘结剂溶液中加入助剂后搅拌均匀，然后加入所述石墨烯溶液， 继续搅拌得到石墨烯混合溶液；
14.3)将所述聚四氟乙烯加入所述石墨烯混合溶液后搅拌均匀，然后继续向其 中加入二硫化钼后搅拌均匀，然后向其中加入磷酸锆后，继续加入助剂后搅拌 均匀，得到磷酸
锆混合溶液；
15.4)将所述固化剂溶液加入到所述磷酸锆混合溶液中，搅拌均匀后得到用于 滑动轴承的减摩耐磨涂料。
16.在一些实施例中，所述步骤2)中，所述助剂包括分散剂和消泡剂。
17.在一些实施例中，所述步骤3)中，所述助剂为流平剂。
18.在一些实施例中，所述聚四氟乙烯的粒径为0.1μm，所述二硫化钼的粒径 为5μm，所述磷酸锆为微米级。
19.在一些实施例中，采用所述的用于滑动轴承的减摩耐磨涂料制备涂层的方 法，包括如下步骤：
20.a)对滑动轴承进行预热；
21.b)在所述滑动轴承上喷涂打底层，所述打底层为溶解的e20环氧树脂； 目的是为了增强含石墨烯涂层的结合力，并且具有防腐的性能；
22.c)所述滑动轴承喷涂打底层之后进行烘干；
23.d)然后在所述打底层上喷涂涂料后进行固化得到涂层。
24.在一些实施例中，所述溶解的e20环氧树脂是将e20环氧树脂溶解在溶剂 中得到，所述溶剂是环己酮：二甲苯：正丁醇按质量比为2：2：1比例配制的 溶剂。
25.在一些实施例中，所述步骤a)中，滑动轴承在120℃温度中预热40min； 所述步骤c)中，所述滑动轴承喷涂打底层之后在100℃温度中烘干20min；所 述步骤d)中，所述固化的温度为180℃，固化的时间为60min。
26.在一些实施例中，所述喷涂打底层厚度为5μm，喷涂涂料的厚度为15μm。
27.发明原理：石墨烯具有非常高的比表面积，优异的热传导性能，极佳的韧 性和已知材料中最高的强度，并且多层石墨烯的层与层之间具有较小的剪切强 度，因而将其作为添加剂添加在复合材料中作为固体润滑剂使用，如添加在涂 料中喷涂在滑动轴承表面，具有广阔的前景。磷酸锆作为添加剂加入涂料可增 加涂层的附着性能，使涂料的流平性能更佳，使涂料分散性更好，降低涂层的 摩擦系数，增强涂层的耐磨性能，去除涂料中的有毒异味。
28.有益效果：与现有技术相比，本发明的用于滑动轴承的减摩耐磨涂料，将 石墨烯和磷酸锆以特定的比例添加入涂料中，利用石墨烯和磷酸锆的优点，提 升涂层的减摩耐磨和各项性能。本发明的用于滑动轴承的减摩耐磨涂料的制备 方法，将液相剥离法制备的石墨烯与微米级磷酸锆作为添加剂，与聚四氟乙烯 和二硫化钼以特定的比例加入到减摩耐磨涂料中，制备性能更优的减摩耐磨涂 料。本发明的涂层的制备方法，将本发明的涂料喷涂于滑动轴承摩擦表面以制 备减摩耐磨涂层，使得该涂层具有更低摩擦系数、更高耐磨性能、更优异的抗 疲劳性能，并且与滑动轴承具有更佳的结合强度。本发明的涂料，可喷涂于单 层金属滑动轴承表面、双层金属滑动轴承表面以及多层金属滑动轴承表面。同 时，本发明涂料不限于应用在滑动轴承摩擦表面，其可适用于不同机械设备及 零部件的对磨副部位中。
附图说明
29.下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技 术方案
及其它有益效果显而易见。
30.图1为本发明滑动轴承摩擦表面上喷涂减摩耐磨涂料的喷涂工艺过程图；
31.图2为本发明的摩擦系数测试图；
32.图3为本发明的耐磨性能测试图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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。
34.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结 构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然， 它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子 中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不 指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特 定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用 和/或其他材料的使用。
35.本发明提供用于滑动轴承的减摩耐磨涂料，包括以下质量百分比的组分： 石墨烯0.5～1.5
‰
、磷酸锆1～2％、聚四氟乙烯8～15％、二硫化钼8～15％、粘结 剂18～22％、固化剂3～5％、助剂1～5％，余量为溶剂。
36.粘结剂为e20环氧树脂。固化剂为聚酰胺。溶剂包括环己酮、二甲苯和正 丁醇，环己酮：二甲苯：正丁醇的质量比为2:2:1。石墨烯通过液相剥离法制备 得到。
37.用于滑动轴承的减摩耐磨涂料的制备方法，包括如下步骤：
38.1)按比例配置三份溶剂，采用其中两份溶剂分别溶解粘结剂和固化剂，分 别得到粘结剂溶液和固化剂溶液；采用其中一份溶剂溶解石墨烯，超声分散后 得到石墨烯溶液；
39.2)在粘结剂溶液中加入助剂后搅拌均匀，然后加入石墨烯溶液，继续搅拌 得到石墨烯混合溶液；
40.3)将聚四氟乙烯加入石墨烯混合溶液后搅拌均匀，然后继续向其中加入二 硫化钼后搅拌均匀，然后向其中加入磷酸锆后，继续加入助剂后搅拌均匀，得 到磷酸锆混合溶液；
41.4)将固化剂溶液加入到磷酸锆混合溶液中，搅拌均匀后得到用于滑动轴承 的减摩耐磨涂料。
42.步骤2)中，助剂包括分散剂和消泡剂。
43.步骤3)中，助剂为流平剂。
44.聚四氟乙烯的粒径为0.1μm，二硫化钼的粒径为5μm，磷酸锆为微米级。
45.在一些实施例中，采用用于滑动轴承的减摩耐磨涂料制备涂层的方法，包 括如下步骤：
46.a)对滑动轴承进行预热；
47.b)在滑动轴承上喷涂打底层，打底层为溶解的e20环氧树脂；目的是为 了增强含石墨烯涂层的结合力，并且具有防腐的性能；
48.c)滑动轴承喷涂打底层之后进行烘干；
49.d)然后在打底层上喷涂涂料后进行固化得到涂层。
50.溶解的e20环氧树脂是将e20环氧树脂溶解在溶剂中得到，溶剂是环己酮： 二甲苯：正丁醇按质量比为2：2：1比例配制的溶剂。
51.步骤a)中，滑动轴承在120℃温度中预热40min；步骤c)中，滑动轴承 喷涂打底层之后在100℃温度中烘干20min；步骤d)中，固化的温度为180℃， 固化的时间为60min。喷涂打底层厚度为5μm，喷涂涂料的厚度为15μm。
52.性能检测方法
53.各实施例中，性能检测所用带有涂层的圆盘形试块或者轴瓦试样，均是在 双金属材料上通过喷涂工艺制备涂层(实际工程应用中可喷涂于单层金属滑动 轴承表面、双层金属滑动轴承表面以及多层金属滑动轴承表面，同时本发明涂 料不限于应用在滑动轴承摩擦表面，其可适用于不同机械设备及零部件的对磨 副部位中)，此外，本发明中组分的比例均是质量比，成分的百分含量均为质量 百分含量。
54.性能检测方法如下：
55.结合强度：将涂料喷涂在平面圆盘上，在涂层固化之后，按照gb/t 9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》，测得涂层在金属基底上的附着力 等级，来判断涂层从基底上脱离的抗性，本标准将试验表面分为六个级别，即 0～5级，其中0级为最高级，5级登记最低。0级时切割边缘完全平滑，无一 格脱落；1级时在切口交叉处有少许涂层脱落，但交叉切割面积受影响不能明 显大于5％；2级时在切口交叉处和/或沿切口边缘有涂层脱落，受影响的交叉 切割面积明显大于5％，但不能明显大于15％；3级时涂层沿切割边缘部分或全 部以打碎片脱落，和/或在格子不同部位上部分或全部剥落，受影响的交叉切割 面积明显大于15％，但不能明显大于35％；4级时涂层沿切割边缘大碎片剥落， 和/或一些方格部分或全部出现脱落，受影响的交叉切割面积明显大于35％，但 不能明显大于65％；5级剥落的程度超过4级。
56.如图2所示，摩擦系数的测试过程如下：将涂料喷涂在平面圆盘上，在涂 层固化之后，试验采用球盘摩擦试验机进行，压力球的直径为试验环 境温度为25
±
1℃，相对湿度为50
±
5％，试验为干摩擦试验,施加在摩擦副上的 载荷为垂直载荷，摩擦副间的摩擦力为水平方向。试验时，圆盘的中心轴与与 球的垂直中心轴平行并且相距15mm，压力球固定不动，圆盘旋转。首先对摩 擦副施加大小为5n的载荷，当载荷稳定在5n时，设备自动启动加速过程，带 动平面圆盘转动，短时间内速度达到191rpm，相当于线速度0.3m/s。从设备开 始加速过程至设备停止转动，时间设定为6min。
57.如图3所示，耐磨性能的测试过程如下：将涂料喷涂在平面圆盘 上，在涂层固化之后，试验采用往复式摩擦试验机进行，试验环境温 度为25
±
1℃，相对湿度为50
±
5％，试验为干摩擦试验,施加在摩擦副 上的载荷为垂直载荷，摩擦副间的摩擦力为水平方向。试验时，压力 球固定不动，圆盘来回往复运动，圆盘往复单向行程为2mm。首先 对摩擦副施加大小为5n的载荷，当载荷稳定在5n时，设备自动启 动并带动平面圆盘进行往复运动，往复频率为50hz。从往复运动开 始至设备停止转动，时间设定为60min。本试验中比磨损率按照：公式计算，其中，w是比磨损 率，单位是mm3/
(n
·
m)；δv是体积磨损量；f是载荷；l是滑动距 离。
58.疲劳强度：将涂料喷涂在试验轴瓦上，在涂层固化之后，试验采用轴瓦疲 劳试验机(型号：de972 sapphir，英国dana glacier vandervall公司制造) 进行。试验采用“增载法”，将试验瓦经空载30分钟磨合后，以每30分钟时间 间隔增加20mpa载荷至起始载荷(根据不同轴瓦材料的经验选定)，运转20 小时后检测试验瓦有无损坏，若通过检测(肉眼未见任何损坏)则增加一级载 荷(5mpa)继续试验。如此重复直至试验瓦疲劳损坏，试验瓦疲劳损坏时载荷 的前一级载荷即为该轴瓦材料在蓝宝石轴瓦疲劳试验机上的疲劳强度。如果试 验瓦在起始载荷下就出现损坏，则该次试验无效。试验用润滑油牌号为shellrimula r3 multi 10w-30，试验时润滑油供油压力为6
±
0.2bar，试验时润滑油供 油温度70
±
2℃，试验轴转速为3000r/min。
59.实施例1
60.涂料配比：
[0061][0062]
涂料制备：
[0063]
1)环己酮：二甲苯：正丁醇，按照2：2：1的比例配制三份溶剂；
[0064]
2)用上述溶剂中两份分别溶解e20环氧树脂和聚酰胺固化剂；
[0065]
3)在e20环氧树脂溶液中加入分散剂、消泡剂，充分搅拌均匀；
[0066]
4)将液相剥离法制备的石墨烯添加到最后一份溶剂中，用超声波分散30 分钟；
[0067]
5)将超声波分散的石墨烯溶液倒入e20环氧树脂溶液中，充分搅拌均匀；
[0068]
6)将聚四氟乙烯(ptfe)粉末(粒径0.1μm)加入e20环氧树脂液体中， 充分搅拌均匀；
[0069]
7)将二硫化钼(mos2)粉末(粒径5μm)加入e20环氧树脂液体中，充 分搅拌均匀；
[0070]
8)在e20环氧树脂液体中加入磷酸锆(微米级)，充分搅拌均匀。然后 加入流平剂，再次充分搅拌均匀；
[0071]
9)将聚酰胺固化剂溶液倒入添加有添加剂的e20环氧树脂溶液中，充分 搅拌均匀，即配得含石墨烯和磷酸锆的减摩耐磨涂料。
[0072]
实施例2
[0073]
涂料配比：
[0074][0075]
涂料制备：
[0076]
1)环己酮：二甲苯：正丁醇，按照2：2：1的比例配制三份溶剂。
[0077]
2)用上述溶剂中两份分别溶解e20环氧树脂和聚酰胺固化剂。
[0078]
3)在e20环氧树脂溶液中加入分散剂、消泡剂，充分搅拌均匀。
[0079]
4)将液相剥离法制备的石墨烯添加到最后一份溶剂中，用超声波分散30 分钟。
[0080]
5)将超声波分散的石墨烯溶液倒入e20环氧树脂溶液中，充分搅拌均匀。
[0081]
6)将聚四氟乙烯(ptfe)粉末(粒径0.1μm)加入e20环氧树脂液体中， 充分搅拌均匀。
[0082]
7)将二硫化钼(mos2)粉末(粒径5μm)加入e20环氧树脂液体中，充 分搅拌均匀。
[0083]
8)在e20环氧树脂液体中加入磷酸锆(微米级)，充分搅拌均匀。然后 加入流平剂，再次充分搅拌均匀。
[0084]
9)将聚酰胺固化剂溶液倒入添加有添加剂的e20环氧树脂溶液中，充分 搅拌均匀，即配得含石墨烯和磷酸锆的减摩耐磨涂料。
[0085]
实施例3
[0086]
涂料配比：
[0087][0088][0089]
涂料制备：
[0090]
1)环己酮：二甲苯：正丁醇，按照2：2：1的比例配制三份溶剂。
[0091]
2)用上述溶剂中两份分别溶解e20环氧树脂和聚酰胺固化剂。
[0092]
3)在e20环氧树脂溶液中加入分散剂、消泡剂，充分搅拌均匀。
[0093]
4)将液相剥离法制备的石墨烯添加到最后一份溶剂中，用超声波分散30 分钟。
[0094]
5)将超声波分散的石墨烯溶液倒入e20环氧树脂溶液中，充分搅拌均匀。
[0095]
6)将聚四氟乙烯(ptfe)粉末(粒径0.1μm)加入e20环氧树脂液体中， 充分搅拌均匀。
[0096]
7)将二硫化钼(mos2)粉末(粒径5μm)加入e20环氧树脂液体中，充 分搅拌均匀。
[0097]
8)在e20环氧树脂液体中加入磷酸锆(微米级)，充分搅拌均匀。然后 加入流平剂，再次充分搅拌均匀。
[0098]
9)将聚酰胺固化剂溶液倒入添加有添加剂的e20环氧树脂溶液中，充分 搅拌均匀，即配得含石墨烯和磷酸锆的减摩耐磨涂料。
[0099]
实施例4
[0100]
涂料配比：
[0101][0102]
涂料制备：
[0103]
1)环己酮：二甲苯：正丁醇，按照2：2：1的比例配制三份溶剂。
[0104]
2)用上述溶剂中两份分别溶解e20环氧树脂和聚酰胺固化剂。
[0105]
3)在e20环氧树脂溶液中加入分散剂、消泡剂，充分搅拌均匀。
[0106]
4)将液相剥离法制备的石墨烯添加到最后一份溶剂中，用超声波分散30 分钟。
[0107]
5)将超声波分散的石墨烯溶液倒入e20环氧树脂溶液中，充分搅拌均匀。
[0108]
6)将聚四氟乙烯(ptfe)粉末(粒径0.1μm)加入e20环氧树脂液体中， 充分搅拌均匀。
[0109]
7)将二硫化钼(mos2)粉末(粒径5μm)加入e20环氧树脂液体中，充 分搅拌均匀。
[0110]
8)在添加有添加剂的e20环氧树脂液体中加入流平剂，充分搅拌均匀。
[0111]
9)将聚酰胺固化剂溶液倒入添加有添加剂的e20环氧树脂溶液中，充分 搅拌均匀，即配得含石墨烯、但不含有磷酸锆的减摩耐磨涂料。
[0112]
实施例5
[0113]
涂料配比：
[0114][0115]
涂料制备：
[0116]
1)环己酮：二甲苯：正丁醇，按照2：2：1的比例配制两份溶剂。
[0117]
2)用上述两份溶剂分别溶解e20环氧树脂和聚酰胺固化剂。
[0118]
3)在e20环氧树脂溶液中加入分散剂、消泡剂，充分搅拌均匀。
[0119]
4)将聚四氟乙烯(ptfe)粉末(粒径0.1μm)加入e20环氧树脂液体中， 充分搅拌均匀。
[0120]
5)将二硫化钼(mos2)粉末(粒径5μm)加入e20环氧树脂液体中，充 分搅拌均匀。
[0121]
6)在e20环氧树脂液体中加入磷酸锆(微米级)，充分搅拌均匀。然后 加入流平剂，再次充分搅拌均匀。
[0122]
7)将聚酰胺固化剂溶液倒入添加有添加剂的e20环氧树脂溶液中，充分 搅拌均匀，即配得不含石墨烯、但含有磷酸锆的减摩耐磨涂料。
[0123]
实施例6
[0124]
涂料配比：
[0125][0126]
涂料制备：
[0127]
1)环己酮：二甲苯：正丁醇，按照2：2：1的比例配置两份溶剂。
[0128]
2)用上述两份溶剂分别溶解e20环氧树脂和聚酰胺固化剂。
[0129]
3)在e20环氧树脂溶液中加入分散剂、消泡剂，充分搅拌均匀。
[0130]
4)将聚四氟乙烯(ptfe)粉末(粒径0.1μm)加入e20环氧树脂液体中， 充分搅拌均匀。
[0131]
5)将二硫化钼(mos2)粉末(粒径5μm)加入e20环氧树脂液体中，充 分搅拌均匀。
[0132]
6)在添加有添加剂的e20环氧树脂液体中加入流平剂，充分搅拌均匀。
[0133]
7)将固化剂溶液倒入添加有添加剂的环氧树脂溶液中，充分搅拌均匀，即 配得不含石墨烯和磷酸锆的减摩耐磨涂料。
[0134]
3性能检测结果
[0135][0136][0137]
实施例的性能检测结果显示，液相剥离法制备的石墨烯和微米级磷酸锆的 加入，极大的提高了滑动轴承涂层的各项性能。
[0138]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详 述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0139]
以上对本发明实施例所提供的用于滑动轴承的减摩耐磨涂料及其制备方法 和涂层的制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及 实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案 及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例 所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些 修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的 范围。