CN109177201A - 一种自润滑双层复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种自润滑双层复合材料及其制备方法，属于自润滑材料领域，其结构包括金属基体层、自润滑层；所述金属基体层的一侧设有盲孔，所述自润滑层镶嵌在金属基体层表面，所述金属基体层厚度为1‑50mm，所述自润滑层厚度为0.03‑1.0mm；所述自润滑层由聚合物基体和添加剂组成，添加剂的比例按重量百分比计为5‑35%。本发明自润滑双层复合材料是通过原材料预混、作孔、复合，后经加热固化获得。本发明制备工艺简便、能耗少、污染少，获得的双层复合材料结合力强、自润滑性能好，能在严苛的工况条件下使用，减少发生剥离失效的情况。
Description
技术领域
本发明属于自润滑材料领域，特别涉及一种自润滑型双层复合材料及其制备方法。
背景技术
目前市场上应用的以聚合物基复合材料为自润滑层的自润滑材料以三层为主，包括金属基体层、中间层和自润滑复合材料表层。
中间层通常由粘接剂或烧结的球形铜粉层组成。以粘接剂复合而成的三层自润滑复合材料由于受粘接剂及粘接复合工艺条件的限制，其在部分高温使用工况下达不到使用要求，在交变载荷的工况条件下会产生剥离失效情况，且粘结剂存在一定毒性，易造成环境污染。以烧结铜粉层来提高基体层和表层的结合强度的三层复合材料虽然能够在工况条件下使用，但该类型薄层复合材料，例如申请号为200810235590.0的“油润滑或脂润滑的自润滑滑动轴承”专利文献，公开的自润滑层厚为0.02mm，由于自润滑层太薄表面自润滑层不能进行切削加工，无法满足部分工业场合对高精度配合的要求，另外在表面自润滑层磨损后摩擦系数产生变化无法满足部分需要长时间稳定摩擦的工业工况要求；而该类型的厚层复合材料，极易在机加工过程中和不稳定的变载荷工况条件下产生剥离；另外此类材料的制作工艺复杂，成本高，能耗增大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种自润滑双层复合材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种自润滑双层复合材料，包括金属基体层、自润滑层；所述金属基体层的一侧设有盲孔，所述自润滑层镶嵌在金属基体层表面，所述金属基体层厚度为1-50mm，所述自润滑层厚度为0.03-1.0mm；所述自润滑层由聚合物基体和添加剂组成，添加剂的比例按重量百分比计为5-35%。
进一步方案，所述金属基体层表面的盲孔为柱形盲孔或底部面积大于开口部面积的盲孔，盲孔均布于金属基体层上，盲孔的直径为0.1-2mm，盲孔的深度为0.5-2mm，盲孔的总表面积为金属基体层表面积的20-50%。
进一步方案，所述聚合物基体为聚四氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚砜、酚醛树脂、环氧树脂中的至少一种；
所述自润滑层中的添加剂包括固体润滑剂和耐磨剂；所述固体润滑剂为二硫化钼、石墨、氧化石墨、石墨烯、氧化石墨烯、铅、聚四氟乙烯中的至少一种；所述耐磨剂为芳纶粉、碳纤维、玻璃纤维、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铁中的至少一种。
本发明的另一个目的在于提供一种自润滑双层复合材料的制备方法，该方法的具体步骤如下：
S10、自润滑复合材料预混：将所选的聚合物基体和添加剂混合均匀；
S20、制作盲孔：在金属基体板的一侧加工出盲孔；
S30、复合：把自润滑复合材料预混料填充到盲孔内及金属基体板表面；
S40、固化：将复合后的金属基体板在150-400℃、氮气保护气氛下固化10-60min，使自润滑复合材料固化，自润滑复合层与金属基体板牢固粘接，室温冷却后得到自润滑双层复合材料。
进一步方案，在S20制作盲孔和S30复合之间，还包括以下步骤：
S21、制作螺纹：在盲孔内制作出螺纹，所述的螺纹为细牙螺纹。
进一步方案，在S20制作盲孔和S30复合之间，还包括以下步骤：
S22、腐蚀盲孔：盲孔内填充腐蚀液，腐蚀液的液面高度低于盲孔的高度，腐蚀液对盲孔进行腐蚀。
本发明的再一个目的在于提供一种自润滑双层齿轮泵侧板，使用上述自润滑双层复合材料，侧板的外型为“8”字型。
本发明的再一个目的在于提供一种自润滑双层齿轮泵侧板的制备方法，包括以下步骤：
S10、自润滑复合材料预混：将所选的聚合物基体和添加剂混合均匀；
S11、金属基体板材冲型：将金属基体板材冲出侧板的外形；
S20、制作盲孔：在金属基体板的一侧加工出盲孔；
S21、制作螺纹：在盲孔内制作出螺纹，所述的螺纹为细牙螺纹。
S22、腐蚀盲孔：盲孔内填充腐蚀液，腐蚀液的液面高度低于盲孔的高度，腐蚀液对盲孔进行腐蚀；
S30、复合：把自润滑复合材料预混料填充到盲孔内及金属基体板表面；
S40、固化：将复合后的金属基体板在150-400℃、氮气保护气氛下固化10-60min，使自润滑复合材料固化，自润滑复合层与金属基体板牢固粘接，室温冷却后得到侧板坯料；
S50、侧板加工：制作的侧板坯料加工成侧板成品。
本发明的再一个目的在于提供一种自润滑轴承，使用上述自润滑双层复合材料，轴承的外型为空心圆柱形。
本发明的再一个目的在于提供一种自润滑轴承的制备方法，包括以下步骤：
S10、自润滑复合材料预混：将所选的聚合物基体和添加剂混合均匀；
S20、制作盲孔：在金属基体板的一侧加工出盲孔；
S30、复合：把自润滑复合材料预混料填充到盲孔内及金属基体板表面；
S40、固化：将复合后的金属基体板在150-400℃、氮气保护气氛下固化10-60min，使自润滑复合材料固化，自润滑复合层与金属基体板牢固粘接，室温冷却后得到自润滑板材；
S60、卷制轴套：把自润滑板材卷制成轴承毛坯；
S70、轴承加工：把轴承毛坯加工成轴承产品。
与现有技术相比，本申请有益效果体现在：
本申请所述的自润滑双层复合材料，制备过程中不使用粘结剂污染小，相对于含烧结铜粉层的三层复合材料本发明中的复合材料制备工艺简便，只需要：聚合物基自润滑复合材料预混、金属基体层作孔、预混复合材料与金属板复合、双层材料固化这四道工序，而含烧结铜粉层的三层复合材料需要复合材料预混、镀铜、铜粉层烧结、预混复合材料复合、粗轧、固化、精轧等复杂工序，只镀铜和铜粉层烧结这两道工序就大大增加了材料的制作成本和能耗。
本申请所述的自润滑双层复合材料，对于金属层表面的孔为底部面积大于开口部面积的孔时，制备的自润滑双层复合材料可直接使用，盲孔内的自润滑复合材料将自润滑复合材料层牢牢的固定在盲孔内；对于金属层表面的孔为柱形孔时，制备的自润滑复合材料可通过卷曲、整形等一系列工艺可制成相应的自润滑滑动轴承零部件，在卷制时，内壁材料会变形，盲孔开口部受到挤压，开口部面积会小于变形前的面积，外壁材料会被拉伸，盲孔底部也会被拉伸，这样就会产生盲孔的底部面积大于开口部面积，使自润滑复合材料层牢牢的固定在盲孔内。
更进一步，本申请的所述的自润滑双层复合材料，在制作的过程中，盲孔内填充腐蚀液，腐蚀液的液面高度低于盲孔的高度，腐蚀液对盲孔进行盲孔；这样在卷制前就可形成盲孔的底部面积大于开口部面积。
更进一步，本申请的所述的自润滑双层复合材料，通过在盲孔内制作出螺纹，便于螺纹便于腐蚀，螺纹的纹路，有益于气压的连通。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图中：1-金属基体层，2-自润滑层，3-盲孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，一种自润滑双层复合材料，其结构为：包括金属基体层1、自润滑层2，金属基体层的一侧设有盲孔3，自润滑层2镶嵌在金属基体层1表面，金属基体层1厚度为1-50mm，自润滑层2厚度为0.03-1.0mm，自润滑层2由聚合物基体和添加剂组成，添加剂的比例按重量百分比计为5-35%。所述的自润滑双层复合材料可以用来制作自润滑轴承、齿轮泵侧板。
实施例一
一种自润滑双层齿轮泵侧板，使用本发明所述的自润滑双层复合材料，其结构还包括侧板的外型为“8”字型，自润滑层2厚度为0.15mm。
金属基体层1选用碳钢板，金属基体板表面采用拉毛、喷砂方式进行粗糙化处理。
金属基体层1表面的盲孔为底部面积大于开口部面积的盲孔3，盲孔均布于金属基体层1上，盲孔的直径为1mm，盲孔的深度为2mm，盲孔的总表面积为金属基体层表面积的50%。
自润滑层2中的聚合物基体为聚四氟乙烯，自润滑层中的添加剂包括固体润滑剂和耐磨剂，固体润滑剂是二硫化钼、石墨；耐磨剂是芳纶粉。
本实施例自润滑双层齿轮泵侧板，制备方法包括以下步骤：
S10、自润滑复合材料预混：按重量百分数为聚四氟乙烯95%、二硫化钼2%、石墨1%、芳纶粉2%称取原料，然后混合均匀；
S11、金属基体板材冲型：将金属基体板材冲出侧板的外形；
S20、制作盲孔：在金属基体板的一侧加工出盲孔；
S21、制作螺纹：在盲孔内制作出螺纹，所述的螺纹为细牙螺纹。
S22、腐蚀盲孔：盲孔内填充腐蚀液，腐蚀液的液面高度低于盲孔的高度，腐蚀液对盲孔进行腐蚀；
S30、复合：把自润滑复合材料预混料填充到盲孔内及金属基体板表面；
S40、固化：将复合后的金属基体板在400℃、氮气保护气氛下固化60min，使自润滑复合材料固化，自润滑复合层与金属基体板牢固粘接，室温冷却后得到自润滑双层复合材料；
S50、侧板加工：把自润滑层2厚度加工为0.15mm，制作的侧板坯料加工成侧板成品。
通过在盲孔内制作出螺纹，便于螺纹便于腐蚀，螺纹的纹路，有益于气压的连通。
此类自润滑双层复合材料，盲孔3中的材料与自润滑层层2为一体，由于盲孔底部面积大于开口部面积，盲孔3中的材料可牢固嵌入金属基体层1内，由此自润滑层自润滑层2将牢牢的固定在金属基体层1上，另外金属基体层1粗糙的表面会提高非孔部分聚合物基复合材料层2和金属基体层1的结合强度，由此获得的自润滑双层复合材料其聚合物基复合材料层和金属基体层的结合强度很高。
实施例二
一种自润滑轴承，使用本发明所述的自润滑双层复合材料，其结构还包括轴承为空心圆柱形，自润滑层2厚度为0.03mm。
金属基体层1选用碳钢板，金属基体板表面采用拉毛、喷砂方式进行粗糙化处理。
金属基体层表面的盲孔为柱形盲孔3，盲孔均布于金属基体层1上，盲孔的直径为0.5mm，盲孔的深度为0.5mm，盲孔的总表面积为金属基体层表面积的35%。
自润滑层2中的聚合物基体为聚醚醚酮。自润滑层中的添加剂包括固体润滑剂和耐磨剂，固体润滑剂是石墨；耐磨剂是芳纶粉、氧化铁。
本实施例自润滑轴承，制备方法包括以下步骤：
S10、自润滑复合材料预混：按重量百分数为聚醚醚酮65%、石墨17%、芳纶粉12%、氧化铁6%称取原料，然后混合均匀；
S20、制作盲孔：在金属基体板的一侧加工出盲孔；
S30、复合：把自润滑复合材料预混料填充到盲孔内及金属基体板表面；
S40、固化：将复合后的金属基体板在380℃、氮气保护气氛下固化30min，使自润滑复合材料固化，自润滑复合层与金属基体板牢固粘接，室温冷却后得到自润滑双层复合材料。
S60、卷制轴套：把自润滑板材卷制成轴承毛坯；
S70、轴承加工：把自润滑层2厚度加工为0.03mm，轴承毛坯加工成轴承产品。
此类自润滑轴承为卷制而成，在卷制时，内壁材料会变形，盲孔3开口部受到挤压，开口部面积会小于变形前的面积，外壁材料会被拉伸，盲孔3底部也会被拉伸，这样就会产生盲孔3的底部面积大于开口部面积，使自润滑复合材料层牢牢的固定在盲孔内，另外金属基体层1粗糙的表面会提高非孔部分自润滑层2和金属基体层1的结合强度。由此获得的自润滑轴套自润滑层和金属基体层的结合强度高。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自润滑双层复合材料，其特征在于：包括金属基体层、自润滑层；所述金属基体层的一侧设有盲孔，所述自润滑层镶嵌在金属基体层表面，所述金属基体层厚度为1-50mm，所述自润滑层厚度为0.03-1.0mm；所述自润滑层由聚合物基体和添加剂组成，添加剂的比例按重量百分比计为5-35%。
2.根据权利要求1所述的自润滑双层复合材料，其特征在于：所述金属基体层表面的盲孔为柱形盲孔或底部面积大于开口部面积的盲孔，盲孔均布于金属基体层上，盲孔的直径为0.1-2mm，盲孔的深度为0.5-2mm，盲孔的总表面积为金属基体层表面积的20-50%。
3.根据权利要求1所述的自润滑双层复合材料，其特征在于：所述聚合物基体为聚四氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚砜、酚醛树脂、环氧树脂中的至少一种；
所述自润滑层中的添加剂包括固体润滑剂和耐磨剂；
所述固体润滑剂为二硫化钼、石墨、氧化石墨、石墨烯、氧化石墨烯、铅、聚四氟乙烯中的至少一种；所述耐磨剂为芳纶粉、碳纤维、玻璃纤维、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铁中的至少一种。
4.如权利要求1-3任一项所述自润滑双层复合材料的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：
S10、自润滑复合材料预混：将所选的聚合物基体和添加剂混合均匀；
S20、制作盲孔：在金属基体板的一侧加工出盲孔；
S30、复合：把自润滑复合材料预混料填充到盲孔内及金属基体板表面；
S40、固化：将复合后的金属基体板在150-400℃、氮气保护气氛下固化10-60min，使自润滑复合材料固化，自润滑复合层与金属基体板牢固粘接，室温冷却后得到自润滑双层复合材料。
5.根据权利要求4所述的自润滑双层复合材料的制备方法，其特征在于：在S20制作盲孔和S30复合之间，还包括以下步骤：
S21、制作螺纹：在盲孔内制作出螺纹，所述的螺纹为细牙螺纹。
6.根据权利要求4所述的自润滑双层复合材料的制备方法，其特征在于，在S20制作盲孔和S30复合之间，还包括以下步骤：
S22、腐蚀盲孔：盲孔内填充腐蚀液，腐蚀液的液面高度低于盲孔的高度，腐蚀液对盲孔进行腐蚀。
7.一种自润滑双层齿轮泵侧板，其特征在于：使用权利要求1-3之一的自润滑双层复合材料，侧板的外型为“8”字型。
8.如权利要求7所述一种自润滑双层齿轮泵侧板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S10、自润滑复合材料预混：将所选的聚合物基体和添加剂混合均匀；
S11、金属基体板材冲型：将金属基体板材冲出侧板的外形；
S20、制作盲孔：在金属基体板的一侧加工出盲孔；
S21、制作螺纹：在盲孔内制作出螺纹，所述的螺纹为细牙螺纹;
S22、腐蚀盲孔：盲孔内填充腐蚀液，腐蚀液的液面高度低于盲孔的高度，腐蚀液对盲孔进行腐蚀；
S30、复合：把自润滑复合材料预混料填充到盲孔内及金属基体板表面；
S40、固化：将复合后的金属基体板在150-400℃、氮气保护气氛下固化10-60min，使自润滑复合材料固化，自润滑复合层与金属基体板牢固粘接，室温冷却后得到侧板坯料；
S50、侧板加工：制作的侧板坯料加工成侧板成品。
9.一种自润滑轴承，其特征在于：使用权利要求1-3之一的自润滑双层复合材料，轴承的外型为空心圆柱形。
10.如权利要求9所述一种自润滑轴承的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S10、自润滑复合材料预混：将所选的聚合物基体和添加剂混合均匀；
S20、制作盲孔：在金属基体板的一侧加工出盲孔；
S30、复合：把自润滑复合材料预混料填充到盲孔内及金属基体板表面；
S40、固化：将复合后的金属基体板在150-400℃、氮气保护气氛下固化10-60min，使自润滑复合材料固化，自润滑复合层与金属基体板牢固粘接，室温冷却后得到自润滑板材；
S60、卷制轴套：把自润滑板材卷制成轴承毛坯；
S70、轴承加工：把轴承毛坯加工成轴承产品。
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