CN105153927A - 耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料及制备方法 - Google Patents
耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料及制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料及其制备方法，其耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料的组份由胶粘剂、固体润滑剂、抗氧化改性剂、分散剂、混合溶剂和改性硅溶胶组成。本发明能够克服空间用聚酰胺酰亚胺粘结MoS2固体润滑涂层的胶粘剂与润滑剂易被原子氧化的问题，特别适合空间低轨环境中飞行器活动件，如齿轮、丝杠-螺母、轴-轴套以及滑道等摩擦副的表面润滑防冷焊处理。
Description
技术领域
本发明属于润滑剂制备技术领域，尤其涉及一种耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料及其制备方法。
背景技术
采用有机胶粘剂的粘结MoS2固体润滑涂层由于其优异的综合性能，如真空润滑性能、承载能力、抗冲击性能以及对底材的防腐蚀性等，相比于质脆、防腐蚀性差的无机粘结固体润滑涂层，能够有效解决空间飞行器活动件地面贮存阶段的防腐蚀和在轨服役期间的耐磨损防护问题。
随着我国新一代空间飞行器研制任务的提出，后续位于空间低轨环境中服役的活动件需要经受高剂量的空间原子氧的侵蚀作用。有机粘结MoS2固体润滑涂层中的胶粘剂和润滑剂易被原子氧氧化，孙晓军等发现胶粘剂(如聚酰亚胺)粘结固体润滑剂(如MoS2固体润滑涂层)在经受4×1023atom/m2总剂量的原子氧侵蚀后，胶粘剂(如聚酰亚胺)形成挥发性气体，固体润滑剂(如润滑剂二硫化钼转化为三氧化钼)失去润滑性，导致涂层耐磨寿命降低30％，附着力显著降低。由于润滑涂层中两种主要组分结构与化合形式的变化造成润滑涂层性能剧烈退化，难以被用于空间低轨环境。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料及其制备方法，克服空间用聚酰胺酰亚胺粘结MoS2固体润滑涂层的胶粘剂与润滑剂易被原子氧氧化的问题。
本发明的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料，其组份由胶粘剂、固体润滑剂、抗氧化改性剂、分散剂、混合溶剂和改性硅溶胶组成。
进一步的，以耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料中配方的总体质量为100％计，其中胶粘剂30％～40％，固体润滑剂10％～30％，改性硅溶胶30％～40％，抗氧化改性剂1％～7％，分散剂0.05％～1％，混合溶剂8.85％～12.95％。
进一步的，所述胶粘剂为聚酰胺酰亚胺树脂，且聚酰胺酰亚胺树脂中的聚酰胺酰亚胺的固体份含量为18％～22％，按照涂料粘度测定法测定该胶粘剂的粘度特性为：25℃下在涂-4杯中流出时间为60s～80s。
进一步的，所述固体润滑剂为二硫化钼，其平均粒径在5μm以下。
进一步的，所述抗氧化改性剂为三氧化二锑，其平均粒径在5μm以下。
进一步的，所述分散剂为德国毕克公司成产的润湿分散剂DISPERBYK-163。
进一步的，所述混合溶剂的组份为二甲苯、2-丁酮与N,N-二甲基乙酰胺，按质量比为1:1:3混合组成。
进一步的，由以下制备方法制作改性硅溶胶：
步骤a，按照正硅酸乙酯与Υ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为9:1～7:3进行混合，混合溶液作为前驱体；
步骤b，用前驱体9倍质量的N,N-二甲基乙酰胺对前驱体进行稀释获得前驱体溶液；
步骤c，前驱体溶液在机械搅拌下，将pH＝3的盐酸水溶液滴加至前驱体溶液后，加热至50～60℃，在50～60℃下连续搅拌20-30h，其中盐酸水溶液与前驱体质量比为1:6。
本发明所述的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料的制备方法包括以下步骤：
步骤1，将混合溶剂总质量的60％、分散剂和改性硅溶胶混合均匀后，加入固体润滑剂和抗氧化改性剂，搅拌均匀后加入混合溶剂总质量的40％，获得涂料混合溶液；
步骤2，利用氧化锆珠对涂料混合溶液进行球磨分散后加入胶粘剂，继续球磨分散后，过滤氧化锆珠，获得二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料。
进一步的，将制备的二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料在金属基底表面进行涂膜，并依次进行60℃烘烤30min，110℃烘烤30min，180℃烘烤30min，300℃烘烤1h，获得耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂层。
有益效果：
本发明的成膜物质中，一方面改性硅溶胶通过与分散剂、润滑剂的物理吸附作用包覆在二硫化钼润滑剂的表面；另一方面胶粘剂聚酰胺酰亚胺中的羧基可与改性硅溶胶的环氧基团与发生化学反应，形成杂化体系。固化成膜时，有机硅溶胶形成SiOx结构。在涂层受到原子氧作用时，SiOx转变为SiO2，可有效阻隔原子氧对下层胶粘剂和二硫化钼润滑剂的氧化作用，从而提升润滑涂层的耐原子氧性能。二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料经固化后具有非常低的真空摩擦系数，耐磨损性能和承载能力，同时兼具良好的防腐蚀性和耐原子氧性能。SiOx结构通过分子间作用力和化学键合作用具有增强胶粘剂的作用，胶粘剂的性能增强后就能提高涂层的耐磨性。
本发明特别适合空间低轨环境中飞行器活动件，如齿轮、丝杠-螺母、轴-轴套以及滑道等摩擦副的表面润滑防冷焊处理。
具体实施方式
实施例1：
一种耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料以耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料中配方的总体质量为100％计，其中胶粘剂30％，固体润滑剂10％，改性硅溶胶40％，抗氧化改性剂7％，分散剂0.05％，混合溶剂12.95％。其中，胶粘剂为聚酰胺酰亚胺树脂，且聚酰胺酰亚胺树脂中的聚酰胺酰亚胺的固体份含量为18％，按照涂料粘度测定法测定该胶粘剂的粘度特性为：25℃下在涂-4杯中流出时间为60s。混合溶剂的组份为二甲苯、2-丁酮与N,N-二甲基乙酰胺，按质量比为1:1:3混合组成。固体润滑剂为二硫化钼，其平均粒径在5μm以下。抗氧化改性剂为三氧化二锑，其平均粒径在5μm以下。分散剂为BYK-163，该BYK-163为德国毕克公司成产的润湿分散剂牌号简称，全称为DISPERBYK-163。
本实施例的改性硅溶胶的制备方法为：步骤a，按照正硅酸乙酯与Υ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为9:1进行混合，混合溶液作为前驱体；步骤b，用前驱体9倍质量的N,N-二甲基乙酰胺对前驱体进行稀释获得前驱体溶液；步骤c，前驱体溶液在机械搅拌下，将pH＝3的盐酸水溶液滴加至前驱体溶液后，加热至60℃，在60℃下连续搅拌30h，其中盐酸水溶液与前驱体质量比为1:6。
本实施例的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料的制备方法包括以下步骤：步骤1，将混合溶剂总质量的60％、分散剂和改性硅溶胶混合均匀后，加入固体润滑剂和抗氧化改性剂，搅拌均匀后加入混合溶剂总质量的40％，获得涂料混合溶液；步骤2，利用氧化锆珠对涂料混合溶液进行球磨分散后加入胶粘剂，继续球磨分散后，过滤氧化锆珠，获得二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料。其中，二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料在金属基底表面进行涂膜，并依次进行60℃烘烤30min，110℃烘烤30min，180℃烘烤30min，300℃烘烤1h，获得耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂层。
本实施例取两个相同的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂层，一个直接按照GB/T1720-1979进行划圈法测试，测得涂层附着力为1级，另一个先经5×1023atom/m2总剂量的原子氧侵蚀，再按照GB/T1720-1979进行划圈法测试，测得涂层附着力为1级。同样取两个相同的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂层，一个直接进行载荷为5N的真空球盘摩擦试验(对偶件选择G10级Φ8mm9Cr18钢球(HRC≥58)，试验时球固定不动，盘做单方向旋转，转速0.6m/min)平均真空摩擦系数为0.04，真空耐磨寿命为6.6×105r；另一个先经5×1023atom/m2总剂量的原子氧侵蚀，再进行载荷为5N的真空球盘摩擦试验(对偶件选择G10级Φ8mm9Cr18钢球(HRC≥58)，试验时球固定不动，盘做单方向旋转，转速0.6m/min)平均真空摩擦系数为0.04，真空耐磨寿命为6.2×105r。
实施例2：
一种耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料以耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料中配方的总体质量为100％计，其中胶粘剂30％，固体润滑剂30％，改性硅溶胶30％，抗氧化改性剂1％，分散剂0.15％，混合溶剂8.85％。其中，胶粘剂为聚酰胺酰亚胺树脂，且聚酰胺酰亚胺树脂中的聚酰胺酰亚胺的固体份含量为22％，按照涂料粘度测定法测定该胶粘剂的粘度特性为：25℃下在涂-4杯中流出时间为80s。混合溶剂的组份为二甲苯、2-丁酮与N,N-二甲基乙酰胺，按质量比为1:1:3混合组成。固体润滑剂为二硫化钼，其平均粒径在5μm以下。抗氧化改性剂为三氧化二锑，其平均粒径在5μm以下。分散剂为BYK-163，该BYK-163为德国毕克公司成产的润湿分散剂牌号简称，全称为DISPERBYK-163。
本实施例的改性硅溶胶的制备方法为：步骤a，按照正硅酸乙酯与Υ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为7:3进行混合，混合溶液作为前驱体；步骤b，用前驱体9倍质量的N,N-二甲基乙酰胺对前驱体进行稀释获得前驱体溶液；步骤c，前驱体溶液在机械搅拌下，将pH＝3的盐酸水溶液滴加至前驱体溶液后，加热至50℃，在50℃下连续搅拌20h，其中盐酸水溶液与前驱体质量比为1:6。
本实施例的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料的制备方法包括以下步骤：步骤1，将混合溶剂总质量的60％、分散剂和改性硅溶胶混合均匀后，加入固体润滑剂和抗氧化改性剂，搅拌均匀后加入混合溶剂总质量的40％，获得涂料混合溶液；步骤2，利用氧化锆珠对涂料混合溶液进行球磨分散后加入胶粘剂，继续球磨分散后，过滤氧化锆珠，获得二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料。其中，二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料在金属基底表面进行涂膜，并依次进行60℃烘烤30min，110℃烘烤30min，180℃烘烤30min，300℃烘烤1h，获得耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂层。
本实施例取两个相同的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂层，一个直接按照GB/T1720-1979进行划圈法测试，测得涂层附着力为1级，另一个先经5×1023atom/m2总剂量的原子氧侵蚀，再按照GB/T1720-1979进行划圈法测试，测得涂层附着力为1级。同样取两个相同的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂层，一个直接进行载荷为5N的真空球盘摩擦试验(对偶件选择G10级Φ8mm9Cr18钢球(HRC≥58)，试验时球固定不动，盘做单方向旋转，转速0.6m/min)平均真空摩擦系数为0.04，真空耐磨寿命在原子氧侵蚀为5.9×105r；另一个先经5×1023atom/m2总剂量的原子氧侵蚀，再进行载荷为5N的真空球盘摩擦试验(对偶件选择G10级Φ8mm9Cr18钢球(HRC≥58)，试验时球固定不动，盘做单方向旋转，转速0.6m/min)平均真空摩擦系数为0.04，真空耐磨寿命为5.7×105r。
实施例3：
一种耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料以耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料中配方的总体质量为100％计，其中胶粘剂40％，固体润滑剂20％，改性硅溶胶30％，抗氧化改性剂1％，分散剂0.1％，混合溶剂8.9％。其中，胶粘剂为聚酰胺酰亚胺树脂，且聚酰胺酰亚胺树脂中的聚酰胺酰亚胺的固体份含量为22％，按照涂料粘度测定法测定该胶粘剂的粘度特性为：25℃下在涂-4杯中流出时间为80s。混合溶剂的组份为二甲苯、2-丁酮与N,N-二甲基乙酰胺，按质量比为1:1:3混合组成。固体润滑剂为二硫化钼，其平均粒径在5μm以下。抗氧化改性剂为三氧化二锑，其平均粒径在5μm以下。分散剂为BYK-163，该BYK-163为德国毕克公司成产的润湿分散剂牌号简称，全称为DISPERBYK-163。
本实施例的改性硅溶胶的制备方法为：步骤a，按照正硅酸乙酯与Υ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为7:3进行混合，混合溶液作为前驱体；步骤b，用前驱体9倍质量的N,N-二甲基乙酰胺对前驱体进行稀释获得前驱体溶液；步骤c，前驱体溶液在机械搅拌下，将pH＝3的盐酸水溶液滴加至前驱体溶液后，加热至50℃，在50℃下连续搅拌20h，其中盐酸水溶液与前驱体质量比为1:6。
本实施例的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料的制备方法包括以下步骤：步骤1，将混合溶剂总质量的60％、分散剂和改性硅溶胶混合均匀后，加入固体润滑剂和抗氧化改性剂，搅拌均匀后加入混合溶剂总质量的40％，获得涂料混合溶液；步骤2，利用氧化锆珠对涂料混合溶液进行球磨分散后加入胶粘剂，继续球磨分散后，过滤氧化锆珠，获得二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料。其中，二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料在金属基底表面进行涂膜，并依次进行60℃烘烤30min，110℃烘烤30min，180℃烘烤30min，300℃烘烤1h，获得耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂层。
本实施例取两个相同的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂层，一个直接按照GB/T1720-1979进行划圈法测试，测得涂层附着力为2级，另一个先经5×1023atom/m2总剂量的原子氧侵蚀，再按照GB/T1720-1979进行划圈法测试，测得涂层附着力为2级。同样取两个相同的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂层，一个直接进行载荷为5N的真空球盘摩擦试验(对偶件选择G10级Φ8mm9Cr18钢球(HRC≥58)，试验时球固定不动，盘做单方向旋转，转速0.6m/min)平均真空摩擦系数为0.03，真空耐磨寿命在原子氧侵蚀为7.2×104r；另一个先经5×1023atom/m2总剂量的原子氧侵蚀，再进行载荷为5N的真空球盘摩擦试验(对偶件选择G10级Φ8mm9Cr18钢球(HRC≥58)，试验时球固定不动，盘做单方向旋转，转速0.6m/min)平均真空摩擦系数为0.03，真空耐磨寿命为6.7×104r。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料，其特征在于，其组份由胶粘剂、固体润滑剂、抗氧化改性剂、分散剂、混合溶剂和改性硅溶胶组成。
2.如权利要求1所述的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料，其特征在于，以耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料中配方的总体质量为100％计，其中胶粘剂30％～40％，固体润滑剂10％～30％，改性硅溶胶30％～40％，抗氧化改性剂1％～7％，分散剂0.05％～1％，混合溶剂8.85％～12.95％。
3.如权利要求1所述的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料，其特征在于，所述胶粘剂为聚酰胺酰亚胺树脂，且聚酰胺酰亚胺树脂中的聚酰胺酰亚胺的固体份含量为18％～22％，按照涂料粘度测定法测定该胶粘剂的粘度特性为：25℃下在涂-4杯中流出时间为60s～80s。
4.如权利要求1所述的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料，其特征在于，所述固体润滑剂为二硫化钼，其平均粒径在5μm以下。
5.如权利要求1所述的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料，其特征在于，所述抗氧化改性剂为三氧化二锑，其平均粒径在5μm以下。
6.如权利要求1所述的耐原子氧二硫化钼基有机/无机杂化润滑涂料，其特征在于，所述分散剂为德国毕克公司成产的润湿分散剂DISPERBYK-163。
7.如权利要求1所述的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料，其特征在于，所述混合溶剂的组份为二甲苯、2-丁酮与N,N-二甲基乙酰胺，按质量比为1:1:3混合组成。
8.如权利要求1所述的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料，其特征在于，由以下制备方法制作改性硅溶胶：
步骤a，按照正硅酸乙酯与Υ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为9:1～7:3进行混合，混合溶液作为前驱体；
步骤b，用前驱体9倍质量的N,N-二甲基乙酰胺对前驱体进行稀释获得前驱体溶液；
步骤c，前驱体溶液在机械搅拌下，将pH＝3的盐酸水溶液滴加至前驱体溶液后，加热至50～60℃，在50～60℃下连续搅拌20-30h，其中盐酸水溶液与前驱体质量比为1:6。
9.一种如权利要求1～8任一权利要求所述的耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将混合溶剂总质量的60％、分散剂和改性硅溶胶混合均匀后，加入固体润滑剂和抗氧化改性剂，搅拌均匀后加入混合溶剂总质量的40％，获得涂料混合溶液；
步骤2，利用氧化锆珠对涂料混合溶液进行球磨分散后加入胶粘剂，继续球磨分散后，过滤氧化锆珠，获得二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料。
10.一种耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂层的制备方法，其特征在于，将如权利要求9所述的二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂料在金属基底表面进行涂膜，并依次进行60℃烘烤30min，110℃烘烤30min，180℃烘烤30min，300℃烘烤1h，获得耐原子氧二硫化钼基有机或无机杂化润滑涂层。
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