一种耐磨阻燃润滑涂层材料及其制备方法与流程

本发明涉及表面处理，具体涉及一种耐磨阻燃润滑涂层材料及其制备方法。

背景技术：

1、关节轴承是一种球面滑动轴承，主要是由一个外球面的内圈和一个内球面的外圈组成。因为关节轴承的球型滑动接触面大、倾斜角大，且大多数关节轴承零件采用了特殊的工艺处理方法，因此有较大的承载能力和抗冲击能力，并具有抗腐蚀、耐磨损、自调性、润滑好的特点，应用领域广泛。表面形貌对于关节轴承的摩擦磨损特性有着重要影响，为了减小摩擦磨损，延长使用寿命，众多学者从表面织构、固体润滑对摩擦特性影响出发，开展了相关理论及试验研究。

2、表面涂层技术是使用一系列加工方法将目标物质覆盖至待加工试样表面的技术，在增强不同材料制备的零部件表面抗磨、减摩特性等方面受到了工业领域的广泛青睐。现阶段国内外研究学者将涂层技术和织构化技术复核起来，充分发挥涂层的表面防护性和织构的润滑效果对材料进行改性处理。basnyat等（basnyat p, luster b, muratore c, etal. surface texturing for adaptive solid lubrication[j].surface&coatingstechnology, 2008, 203(1–2): 73-79.）在基体表面涂覆 tialcn 硬质涂层，之后采用离子刻蚀在 tialcn 表面进行织构化处理，并在织构化涂层表面填充 mos2 润滑剂，在 25℃的常温环境和 570℃的高温环境下进行摩擦磨损特性。研究表明：经织构化处理的涂层试样在两种不同环境下均能较好的改善对摩副之间的润滑特性。徐上等（徐上, 华希俊, 解玄,等. tc11 钛合金 tialsin 涂层微织构表面脂润滑摩擦性能研究[j]. 新型工业化,2018(3): 27-33.）在tc11钛合金表面进行微形貌造型处理，然后在表面涂覆一层tialsin硬质涂层，采用摩擦磨损试验机进行往复摩擦试验。研究表明，在脂润滑与固体润滑相结合的复合润滑试验条件下进行摩擦副旋转对摩试验，tialsin硬质涂层能够对tc11钛合金基体起到较好的保护作用，摩擦副表面在对摩试验之后较为完整，无明显摩痕，并且微形貌的存在也能够有效降低摩擦系数。

3、虽然目前的一些研究显示，采用润滑涂层与织构技术相结合能够优化关节轴承的耐磨性、提高使用寿命，但由于技术的复杂性，目前还难以工业化。而且这些技术还未考虑到摩擦产生的热能对轴承表面润滑涂层的影响。

技术实现思路

1、为了在简化轴承表面处理技术的同时，提升轴承的耐磨阻燃性，本发明提供了一种阻燃剂与润滑材料具有高相容性的耐磨阻燃润滑涂层材料及其制备方法。

2、一种耐磨阻燃润滑涂层材料，按照重量份数计，包含如下组分：8-17份成膜剂、30-38份润滑剂、1-2份阻燃剂以及80-100份有机溶剂。

3、在本发明的一些实施方式中，所述成膜剂的制备方法包含如下步骤：

4、s1：使烯基酮在引发剂的作用下催化聚合，反应条件为70-90℃，保温反应5-7h，后终止反应，冷却至室温后，使用去离子水洗涤，分层收集有机层后加入干燥剂，过滤即得所述聚烷基酮；

5、s2：将s1所得聚烷基酮与溶解有半胱氨酸的有机溶液混合均匀后，保持温度80-100℃，向其中添加0.5-1m的碱液，反应2-3h后，柱层析纯化产物，即得所述成膜剂；反应体系中所述聚烷基酮与半胱氨酸的质量比为2.5-3:1。

6、进一步地，在制备所述成膜剂时，所述烯基酮为甲基乙烯基酮、1-戊烯-3-酮、4-甲基-3-戊烯-2-酮、佛尔酮中的至少一种。

7、进一步地，在制备所述成膜剂时，s1中的引发剂可以为有机过氧化物引发剂、无机过氧化物引发剂、偶氮类引发剂中的至少一种，例如，过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈等。

8、进一步地，在制备所述成膜剂时，s2中的干燥剂可以为无水硫酸盐、无水氯化钙和变色硅胶等。

9、进一步地，在制备所述成膜剂时，所述溶解有半胱氨酸的有机溶液中，半胱氨酸的质量分数为20-36%；所用溶剂为n-甲基吡咯烷酮、n，n-二甲基丙酰胺、n-甲基-2-吡咯烷酮、n-乙基吡咯烷酮中的至少一种。

10、在本发明的一些实施方式中，所述阻燃剂的制备方法包含如下步骤：在加热的条件下将聚乙烯醇溶于有机溶剂1，并依次加入催化剂、脱水剂和2-羧乙基苯基次磷酸，混合均匀后，升高温度，反应3-5h后，冷却至室温，加入酮类有机溶剂，继续搅拌均匀后，将其分散在蒸馏水中，待分散均匀，抽滤烘干即得所述阻燃剂。

11、进一步地，制备所述阻燃剂时，所述聚乙烯醇的分子量为13000-23000，可购自默克货号为363170的聚乙烯醇。

12、进一步地，制备所述阻燃剂时，所述聚乙烯醇与2-羧乙基苯基次磷酸的摩尔比为1：59-65。

13、进一步地，制备所述阻燃剂时，所述有机溶剂1为二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的至少一种；所述催化剂为路易斯酸中的至少一种；所述脱水剂为无水硫酸镁、无水氯化钙、变色硅胶、无水硫酸铜中的至少一种；所述酮类有机溶剂为丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、甲乙酮、甲异丙酮、环己酮中的至少一种。

14、本发明中，所述成膜剂的制备原理在于，利用半胱氨酸中的巯基与聚烷基酮中的酮基反应，形成含有硫和氮的五元环，且五元环上还携带有羧基。发明人通过实验发现，含s、n的五元环的形成能够提高聚烷基分子链的作用力，获得一种力学性能良好、耐热性强的改性聚烷基酮，将其与石墨、二硫化钼一同作为组分使用到润滑涂层中，能够提高所得润滑涂层的耐磨性和耐热性。但是聚烷基酮不宜过度改性，否则改性聚烷基酮分子间的作用力会使得其硬度太大，不适用于润滑涂层中。

15、所述阻燃剂的制备则是为了提高2-羧乙基苯基次磷酸在润滑涂层体系中的相容性，而且，聚乙烯碳链的引入，使得所述阻燃剂在受热时能够产生结构更加趋于稳定的交联状碳化层，碳化层的形成能够分散热量，增强所述润滑涂层的阻燃耐高温的能力。

16、在本发明的一些实施方式中，所述润滑剂为石墨粉和二硫化钼的组合物，且两者的混合质量比为1.5-3:1。

17、在本发明的一些实施方式中，所述有机溶剂为酯类溶剂、醇类溶剂中的至少一种。具体的，可以为醋酸异丙酯、醋酸正丁酯、异丙醇等。

18、以上所述耐磨阻燃润滑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后，将阻燃剂加入其中，混合均匀并经过超声分散后，即得所述用于机械轴承的耐磨阻燃润滑涂层材料。

19、有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的耐磨阻燃润滑涂层材料具备以下优点：

20、1, 2-羧乙基苯基次磷酸对聚乙烯醇进行改性所得阻燃剂，在所述润滑涂层材料体系中国，不仅具有更加优异的相容性，而且，在润滑涂层材料因多次摩擦产热时，能够形成稳定的交联碳化层，将热量分散开来，避免了轴承活动处因摩擦热产生的破损或鼓包影响机械的运转；

21、2，采用半胱氨酸对聚烷基酮进行改性制备得到的成膜剂分子，无醛类结构，安全无毒，分子结构中存在一定含量的杂五元环，该五元环包含s、n，能够与所述润滑涂层材料体系中的石墨粉、二硫化钼协同增强润滑涂层的润滑耐磨性，且还有助于使润滑涂层在更大载荷的情况下实现更强的耐磨性。