一种用于机械轴承的耐磨润滑油涂层材料及其制备方法与流程

本发明涉及摩擦润滑涂层领域，尤其涉及一种用于机械轴承的耐磨润滑油涂层材料及其制备方法。

背景技术：

1、由摩擦引起的磨损是日常生活和国民经济的各个领域中普遍存在的现象，冶金、建筑、电力、机械、农业、国防、航空航天等领域中处处存在摩擦，处处都有磨损。磨损是造成机械零件失效的主要原因之一，对机械零件的寿命、可靠性有极大的影响。

2、润滑就是用润滑剂减少或控制俩摩擦表面之间的摩擦力或其他形式的表面破坏的作用，这里所指的润滑剂是指加入到两个相对运动表面之间，能控制其摩擦或磨损的任何物质，包括润滑油、润滑脂、润滑性粉末、薄膜材料或涂层材料、整体材料（金属基、无机非金属基或高分子基材料等）。由于摩擦副表面间润滑剂的存在，可减少或消除其直接接触，从而减少摩擦表面的磨损。此外，润滑剂还具有防止表面腐蚀、降低摩擦表面温度、冲洗磨屑或污物、密封和坚贞等辅助功能。由上可知，润滑材料的主要功能是降低摩擦与磨损，减少机械设备的运转阻力，减低能耗，延长机械设备的使用寿命，因而润滑材料具有明显的节能与环保作用。

3、目前，润滑材料的应用主要包括两方面，一是直接将润滑材料添加到摩擦副表面之间，利用润滑材料的润滑作用降低摩擦与磨损；另一是将润滑材料添加到摩擦副表面中形成自润滑材料。自润滑材料的承压能力强，使用温度范围广，无须外加润滑剂，在真空和高、低温等特殊环境中应用前景广阔，具有更加明显的节能环保作用。通过溅射、化学气相沉积、电化学沉积与喷涂等技术，可以获得自润滑薄膜，相关研究涉及ti/mos2、cr/mos2、w/mos2、crn/mos2、ws2/mos2、pbo/mos2、ag/ws2等自润滑薄膜。另一典型代表是塑料基自润滑复合材料，研究主要涉及聚四氟乙烯、尼龙与聚甲醛等塑料基材料，它们均具有良好的自润滑功能，但在许多情况下仍需要进一步改善它们的摩擦学性能，从而扩大它们的应用范围。

4、具有代表性的应用问题就是，二硫化钼或/和石墨烯作为固体减摩润滑剂添加到涂层中时，其与涂层中的其余组分存在不相容的问题，导致涂层体系不均一，使用时，形成的膜层中二硫化钼或石墨粉不易分布均匀，组件的耐磨性也就大打折扣。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中的问题，本发明提供了一种用于机械轴承的耐磨润滑油涂层材料及其制备方法，通过对石墨粉和二硫化钼进行表面改性处理，使其与涂层材料的其他组分更好地相容，改善所述润滑油涂层的均一稳定性及其耐磨润滑效能。

2、一种用于机械轴承的耐磨润滑油涂层材料，按照质量百分比计，包含以下组分：15-20%成膜剂、10-18%润滑剂、3-7%阻燃剂以及55%-72%有机溶剂；其中，所述润滑剂包含由卤代咪唑盐离子液体表面改性二硫化钼制得的改性二硫化钼和石墨粉，所述改性二硫化钼与石墨粉的混合质量比为1-1.2:0.5-0.8。

3、在本发明的一些实施方式中，所述成膜剂为聚酰亚胺树脂、聚氨酯树脂、聚丙烯酸树脂、聚乙烯基吡咯烷酮中的至少一种。

4、在本发明的一些实施方式中，所述改性二硫化钼的制备步骤包含以下步骤：

5、s1：在反应容器中加入活泼金属和无水乙醇，反应结束后加入咪唑，加热回流30-45min后，将反应体系温度降至0-2℃，滴入卤代烷烃，升温至10-20℃下反应12-15h；

6、s2：反应完毕蒸出乙醇和未反应的卤代烷烃，残余液体用三氯甲烷洗涤，将沉淀抽滤除去，蒸出溶液中的三氯甲烷，然后将剩余物减压蒸馏，收集80-96℃的馏分，得无色液体，为n-烷基咪唑；

7、s3: 将s2所得n-烷基咪唑溶于有机溶剂中，在30-40℃条件下滴入α-卤代羧酸，所述n-烷基咪唑与所述α-卤代羧酸的摩尔比为0.9-0.95:1，加热回流6-7h，反应结束，减压蒸出有机溶剂与未反应的卤代羧酸，用无水乙醚洗涤，即得所述n-烷基咪唑羧酸；

8、s4：将二硫化钼与无水乙醇混合，置于反应容器中，保持体系温度在70-80℃，在恒速搅拌下，向其中加入s3所得n-烷基咪唑羧酸水溶液和路易斯酸，持续加热搅拌24h；反应结束后静置，倒去上清液，真空抽滤，洗涤过滤并干燥即得所述改性二硫化钼。

9、进一步地，制备所述改性二硫化钼时，s1中所述活泼金属与无水乙醇的质量比为0.07-0.09:1。

10、进一步地，制备所述改性二硫化钼时，s1中所述活泼金属、咪唑与卤代烷烃的摩尔比为1.1-1.2:1.05-1.08:1。

11、进一步地，制备所述改性二硫化钼时，s1中所述卤代烷烃为卤代甲烷、卤代乙烷、卤代丙烷和卤代丁烷中的至少一种。

12、进一步地，制备所述改性二硫化钼时，s3中所述α-卤代羧酸为2-氯-3-甲基丁酸、2-氯-3,3-二甲基丁酸、s-2-氯戊酸、s-2-氯-4-甲基戊酸、2-溴丁酸、2-溴戊酸、2-溴代异戊酸、2-溴-2-乙基丁酸中的至少一种。

13、进一步地，制备所述改性二硫化钼时，s4中所述n-烷基咪唑羧酸水溶液的质量分数为20-35%。

14、进一步地，制备所述改性二硫化钼时，s4中所述二硫化钼与所述n-烷基咪唑羧酸水溶液的质量比为1-3:10。

15、在本发明中，所述改性二硫化钼的制备原理在于，在咪唑环上分别引入碳原子数不高于4的烷基以及羧基，利用羧基与二硫化钼表面的活性羟基发生酯化反应，在二硫化钼表面引入咪唑环。因为咪唑环上的烷基具有位阻，容易影响后续的酯化反应，所以，建议制备n-烷基咪唑时，所用卤代烷烃所含碳原子数不超过4。另外，为了使n-烷基咪唑与卤代羧酸的产率更高，使用α-卤代羧酸来制备n-烷基咪唑羧酸，且α-卤代羧酸中的碳链长度控制在c2-5，否则也会影响后续羧基与二硫化钼表面羟基的的酯化反应活性。更为重要的是，若咪唑环上所携带的烷基链过长，对于改性二硫化钼来说，会影响其与所述耐磨润滑油涂层材料中其他材料的接触包容性，特别是所述阻燃剂含有的苯环与咪唑环之间的堆积。

16、在本发明的一些实施方式中，所述润滑剂还可以包含石墨粉，且当所述润滑剂中包含石墨粉时，所述改性二硫化钼与石墨粉的混合使用质量比为1-1.2:0.5-0.8。

17、在对固体润滑剂进行选择时，发明人发现，石墨粉的引入能够降低所述耐磨润滑油涂层材料的摩擦系数，但过量的石墨粉的加入会让材料的磨损体积增大；而二硫化钼的引入则能够防止复合材料与金属材料发生表面粘着，特别是改性二硫化钼的添加，可以抑制石墨粉造成的磨损。两者在所述耐磨润滑油涂层材料中具有协同效应，需要调整二者的添加比，才能获得较佳的耐磨润滑效果。

18、在本发明的一些实施方式中，所述阻燃剂的制备方法包含以下步骤：在装有对烷基苯酚与催化剂的反应容器中，滴加三氯氧磷，在110-120℃保温反应4-5h，然后冷却至90-100℃，滴加苯酚，再将反应液加热至150-160℃，保温反应6-7h，所得产物冷却至室温，用环己烷溶液纯化，并与50-70℃用naoh溶液和去离子水洗涤，蒸出溶剂，进行柱层析，即得所述阻燃剂。

19、进一步地，制备所述阻燃剂时，所述对烷基苯酚、三氯氧磷、苯酚的摩尔比为1:1-1.05:2-2.03。

20、在本发明的一些实施方式中，所述有机溶剂为二甲基亚砜或n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种。

21、以上所述用于机械轴承的耐磨润滑油涂层材料的制备方法，包含以下步骤：将成膜剂与润滑剂分散于有机溶剂中，搅拌均匀后，加入所述阻燃剂，经过超声分散和球磨分散，经过过滤，即得所述用于机械轴承的耐磨润滑油涂层材料。

22、有益效果：与现有技术相比，本发明对二硫化钼进行表面改性，通过酯化反应，在二硫化钼表面引入携带有烷基链的咪唑环，得到的改性二硫化钼作为润滑剂，在所述耐磨润滑油涂层材料中，能够与自制的三苯基磷酸酯类阻燃剂中含有的苯环有效堆积，形成三维网络结构，不仅提高了固体二硫化钼在体系中的相容分散性，还增强了所述耐磨润滑油涂层材料形成漆膜的耐磨性。而且，所述改性二硫化钼与石墨粉的混合使用，在降低机械轴承摩擦副的摩擦阻力的同时，也有效抑制了表面粘着的现象，还增强了漆膜的抗盐雾性。