一種自約束潤滑組合物復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種自約束潤滑組合物復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 人們的日常生活中無時(shí)無刻不充滿著摩擦現(xiàn)象，它的存在既能給人們生活帶來便 利，也能帶來危害。如果沒有摩擦，人們不可能在路面行走，也不能抓住任何物體;但也正因 為摩擦的存在，帶來了機(jī)械設(shè)備磨損，能源消耗增加不利后果。據(jù)2008年中國工程院統(tǒng)計(jì)報(bào) 告顯示當(dāng)年的摩擦磨損約占我國(^的！. 5%，因此，減少摩擦、降低磨損，合理提高摩擦部件 的潤滑性能顯得非常重要。其中潤滑劑對(duì)于潤滑部件的長效潤滑起著至關(guān)重要的作用，人 們一直在努力尋求更為高效，更為綠色的潤滑材料。自約束潤滑劑作為一種新型的潤滑材 料，因其簡單的制備過程和低的生產(chǎn)成本，優(yōu)異的觸變性能及高效的潤滑性能，已經(jīng)得到了 廣泛關(guān)注（J. Mater. Chem. 21 (2011) 13399-1340; ACS Appl. Mater. Interfaces 6 (2014) 15783-15794;Tribol Lett (2016) DOI 10.1007/sll249-015-0634-y; Tribol. Inter. 95 (2016) 55-65); Advanced Materials Interfaces, (2015)D0I: 10.1002/ admi.201500489)。這類新型的潤滑材料在外觀上類似傳統(tǒng)的潤滑酯，由一定質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的 超分子凝膠因子及余量的基礎(chǔ)潤滑油經(jīng)過簡單的加熱攪拌溶解，然后冷卻靜置而成。由于 這類材料在外力觸變或者加熱時(shí)迅速變成液相，當(dāng)靜止或者冷卻時(shí)又能快速形成凝膠態(tài)， 而有望作為一種新型的半固態(tài)潤滑劑在特殊的工況條件下代替?zhèn)鹘y(tǒng)潤滑油脂作為齒輪、軸 承等部件的潤滑材料。
[0003] 影響潤滑部件潤滑性能的另一個(gè)關(guān)鍵因素是摩擦副表面的微結(jié)構(gòu)（Surface Topography: Metrology and Properties · 2013 ; 1:015001 ·)。事實(shí)上，表面越光滑不一定 就會(huì)產(chǎn)生非常低的摩擦;干摩擦過程中，越光滑的表面更容易產(chǎn)生粘著磨損。為了解決在實(shí) 際工況中存在的這些問題，通過表面微造型技術(shù)(又稱表面織構(gòu)技術(shù)），在摩擦副表面加工 出細(xì)微的形貌使材料的摩擦學(xué)性能得以改善。該方法在提高軸承承載能力，降低摩擦，減小 磨粒磨損延長工件的使用壽命等方面表現(xiàn)出了很大的潛力，已經(jīng)得到了越來越多的關(guān)注。 (Tribol. Inter. 2015;92:136-45.)〇
[0004] 含油軸承作為一類重要的多孔質(zhì)軸承，自發(fā)明以來已經(jīng)在很多的行業(yè)得到了廣泛 的應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展，很多的潤滑部件正逐漸的向精密化，微型化，智能化等方面發(fā)展， 因此對(duì)于浸油軸承的需要也越來越多，要求也越來越高。事實(shí)上，傳統(tǒng)的半固態(tài)潤滑酯由于 黏度較大、流動(dòng)性能較差很難浸潤在多孔質(zhì)軸承中形成這類含油軸承，而普通的潤滑油雖 然容易浸潤但是黏度較小而很難在浸油軸承的微孔中長期穩(wěn)定存在。這些缺點(diǎn)都限制了此 類含油軸承的大規(guī)模制備及其長效使用性能。如果我們能夠制備一種合適的潤滑劑，將其 能夠長期穩(wěn)定含浸在多孔軸承的微孔中，就能夠有效的解決上述問題，從而極大的提高浸 油軸承的使用壽命，產(chǎn)生客觀的經(jīng)濟(jì)效益。我們?cè)O(shè)想，是否能夠在激光刻蝕的表面的微孔 中，含浸我們課題組發(fā)明的這類新型的自約束潤滑劑，利用激光刻蝕微孔作為微型儲(chǔ)油器 的特點(diǎn)，構(gòu)建一種新型的復(fù)合自潤滑材料作為新型的含油軸承。由于自約束潤滑劑特殊的 物理化學(xué)性能，能夠在摩擦熱的作用下，由半固態(tài)膠轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，容易從微孔中滲出并在摩 擦副表面形成連續(xù)潤滑油膜，在停止摩擦之后，又能夠再次冷凝并儲(chǔ)存在織構(gòu)化結(jié)構(gòu)微孔 中，從而可以有效的避免潤滑劑的泄露，爬移造成潤滑失效或環(huán)境污染。
[0005] 文獻(xiàn)及專利調(diào)研表明激光表面刻蝕微孔含浸自約束潤滑劑還沒有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種自約束潤滑組合物復(fù)合材料及其制備方法。
[0007] -種自約束潤滑組合物復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料是將自約束潤滑劑含浸 到由激光表面刻蝕形成的微孔中得到;所述自約束潤滑劑是由3wt. _5wt. %的超分子凝膠因 子A或B與余量的基礎(chǔ)潤滑劑油組成;所述超分子凝膠因子A、B的結(jié)構(gòu)式如下：
[0008] 所述基礎(chǔ)潤滑劑油為合成潤滑油聚α烯烴、合成潤滑油多烷基環(huán)戊烷、合成雙酯類 潤滑油或石蠟基礦物油。
[0009] 所述基礎(chǔ)潤滑劑油為 PA04、PA010、PA040、MACS、A51、500Sr^SU50BS。
[0010] 如上所述自約束潤滑組合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于將織構(gòu)化的基底浸 泡在80-120°C的自約束潤滑劑中，浸泡10-40分鐘左右，然后真空抽氣10-50分鐘之后真空 自然冷卻，即得自約束潤滑組合物復(fù)合材料。
[0011] 自約束潤滑組合物復(fù)合材料能夠替代一些含油軸承在某些工業(yè)部件中發(fā)揮自潤 滑性能。本發(fā)明所述的自約束潤滑組合物復(fù)合材料在不同條件(變載，變頻，變溫，長磨）的 摩擦測試條件下，均表現(xiàn)出了優(yōu)異于參比自潤滑材料的摩擦學(xué)性能。此處所述的參比自潤 滑材料是指在激光表面刻蝕的微孔中含浸普通的基礎(chǔ)潤滑油PA010所得。通過一系列的摩 擦實(shí)驗(yàn)對(duì)照，證明本發(fā)明所述的自約束潤滑組合物復(fù)合材料的確表現(xiàn)出了優(yōu)異的減摩抗磨 性能和穩(wěn)定的長效潤滑性能，能夠在一些特殊的潤滑工況下，替代含油軸承而發(fā)揮其潛在 的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明制備的激光刻蝕表面微孔的結(jié)構(gòu)形貌照片，其中a、b、c圖分別代表不 同的放大倍數(shù)，圖d代表織構(gòu)化微孔深度均一，大約在20微米。
[0013] 圖2為本發(fā)明制備的激光刻蝕表面微孔含浸自約束潤滑劑前后的光學(xué)照片(a，b) 與三維輪廓圖片(al，bl)。為了進(jìn)行摩擦學(xué)性能的對(duì)比，我們將普通的基礎(chǔ)潤滑油PA010也 含浸到激光刻蝕的表面微孔中作為對(duì)照，圖c，cl分別代表激光刻蝕表面微孔含浸基礎(chǔ)油 PA010的自潤滑復(fù)合材料的光學(xué)照片及表面三維輪廓。激光刻蝕表面微孔含浸自約束潤滑 劑或者PA010基礎(chǔ)油以后，樣品表面的三維輪廓明顯平整，大量的表面微孔基本上已經(jīng)被均 勻填充，說明自約束潤滑劑或者基礎(chǔ)油已經(jīng)成功含浸到激光刻蝕的表面微孔內(nèi)。
[0014] 圖3為本發(fā)明激光刻蝕表面微孔含浸自約束潤滑劑或者基礎(chǔ)油PA010的簡單制備 示意圖。圖3中黑色的物質(zhì)即代表本發(fā)明所述的自約束潤滑劑或者用于參比的潤滑劑 ΡΑΟΙΟο
[0015] 圖4為本發(fā)明制備的含浸自約束潤滑劑和含浸基礎(chǔ)油PA010后所得復(fù)合材料在不 同的摩擦測試條件下的干摩擦性能對(duì)比。含浸自約束潤滑劑摩擦系數(shù)較低，摩損較輕。在圖 4al，bl，cl中，箭頭所示自約束潤滑組合物均分別代表含浸自約束潤滑劑的自潤滑復(fù)合材 料在變載，變頻，變溫條件的摩擦曲線，箭頭所示參比均分別代表含浸基礎(chǔ)潤滑油PA010作 為對(duì)照樣品的自潤滑復(fù)合材料在變載，變頻，變溫條件的摩擦曲線，圖4a3，b3，c3均分別代 表含浸自約束潤滑劑的自潤滑復(fù)合材料在變載，變頻，變溫條件的表面磨損SEM照片，圖 4a2，b2，c2均分別代表含浸基礎(chǔ)潤滑油PA010作為對(duì)照樣品的自潤滑復(fù)合材料在變載，變 頻，變溫條件的的表面磨損SEM照片。從圖中能夠明顯的觀察到，無論是變載，變頻，還是變 溫的摩擦條件下，含浸自約束潤滑劑的自潤滑復(fù)合材料均表現(xiàn)出了更好的減摩與抗磨性 能。
[0016]圖5為本發(fā)明制備的含浸自約束潤滑劑和含浸基礎(chǔ)油PA010所得復(fù)合材料在恒定 載荷，恒定振幅，恒定頻率條件下的長時(shí)間干摩擦磨損性能比較。在圖5a中，箭頭所示自約 束潤滑組合物代表含浸自約束潤滑劑的自潤滑復(fù)合材料在如圖所述的固體摩擦條件下的 摩擦曲線，箭頭所示參比代表含浸基礎(chǔ)潤滑油PA010作為對(duì)照樣品的自潤滑復(fù)合材料在如 圖所述的固體摩擦條件下的摩擦曲線，圖5b為相應(yīng)的磨斑表面的磨損體積，從圖中能夠明 顯的觀察到，在給定的摩擦條件下，含浸自約束潤滑劑的自潤滑復(fù)合材料均表現(xiàn)出了更好 的減摩與抗磨性能。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例！自約束潤滑劑 將質(zhì)量分?jǐn)?shù)3wt.-5wt.%的超分子凝膠因子A或者B與常見的基礎(chǔ)潤滑油如:ΡΑ0系列 (PA04, PA010, PA040)，多烷基環(huán)戊烷(MCAS)，雙酯A51，礦物油500SN等其他基礎(chǔ)潤滑油加 熱攪拌，直到包含凝膠因子的基礎(chǔ)油混合物完全透明，然后自然冷卻大約1-5分鐘即得到結(jié) 構(gòu)穩(wěn)定的自約束潤滑劑。
[0018]為了更好的理解自約束潤滑劑的組成，我們以實(shí)施例表1進(jìn)行說明。
[0019]表1自約束潤滑劑的組成
這里提到的超分子凝膠因子分別為A:多羥基凝膠因子，B:兩性磺酸凝膠因子，這里 所報(bào)道的凝膠因子分別根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道制備（ACS Appl. Mater. Interfaces 2014，6， 15783 - 15794; Tribol. Inter. 95 (20