專利名稱：一種通過表面修飾來降低摩擦系數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機化學(xué)接枝修飾及摩擦副表面改性處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種通過表面修飾來降低摩擦系數(shù)的方法。具體涉及在摩擦副表面修飾具有較高接枝密度，一定厚度的涂層，從而將摩擦系數(shù)在原有基礎(chǔ)上降低一個數(shù)量級，用于幫助降低機械運動中摩擦副間的摩擦。
背景技術(shù)：
在同樣的工況下，降低機械運動過程中摩擦副間的摩擦力，即減小摩擦副表面間的摩擦系數(shù)，提高其潤滑性能一直是備受關(guān)注的問題。摩擦副的表面性質(zhì)是影響摩擦性能的主要因素之一，對摩擦副表面進行適當?shù)男揎?，可以在不改變潤滑劑及工況的情況下，起到減磨的效果。國外研究人員采用在摩擦副表面修飾聚合物刷的方法，可以有效地降低摩擦系數(shù)，但由于聚合物刷制備較為復(fù)雜，使得這種方法的實用性面臨一些挑戰(zhàn)。此外，一些研究人員采用硅烷在摩擦副表面進行修飾，摩擦副經(jīng)清洗后，直接用硅烷修飾，由于摩擦副表面未經(jīng)活化處理，可供反應(yīng)的化學(xué)基團較少，因而該方法修飾的硅烷接枝密度較低，并且涂層較薄，僅可在短時間內(nèi)(IOmin左右)降低摩擦系數(shù)，使實用性具有一定局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種通過表面修飾來降低摩擦系數(shù)的方法，該方法是先通過紫外輻照或等離子體對摩擦副表面活化處理，針對不同的工況，采用化學(xué)接枝，多次涂覆的方法，在摩擦副表面修飾上具有一定厚度的不同化學(xué)基團涂層，從而來降低摩擦。該種方法可以簡單、方便的在摩擦副表面修飾上較高接枝密度，具有一定厚度的涂層，直觀的達到降低摩擦系數(shù)的效果，并且在較長的時間內(nèi)具有較好的減磨效果。一種通過表面修飾來降低摩擦系數(shù)的方法，其特征在于，該方法是先通過紫外輻照或等離子體對摩擦副表面活化處理，在表面修飾不同的化學(xué)基團來降低摩擦系數(shù)，其表面修飾過程包括以下步驟硅烷溶液制備，摩擦副表面清洗及活化，溶液涂覆，涂層干燥。I)硅烷溶液配制將有機硅烷與溶劑按質(zhì)量百分比配制硅烷溶液，硅烷溶液的濃度為1_15%，優(yōu)先選用5-7% ；2)摩擦副表面超聲清洗將摩擦副用丙酮、四氫呋喃、N，N_ 二甲基甲酰胺、蒸餾水各超聲清洗10min-30min ；3)摩擦副經(jīng)清洗后，用紫外輻照或等離子體表面處理30min_2h，使摩擦副表面活化，以增加其反應(yīng)活性；4)將步驟I)的硅烷溶液涂覆到摩擦副的活化表面上，并在20°C -60°C干燥；反復(fù)涂覆1-6次，優(yōu)先選用3-4次，使修飾后的涂層具有50-200nm的厚度；5)將步驟4)得到的摩擦副置于潤滑劑中，使得摩擦副處于充分潤滑的狀態(tài)。6)啟動主機，摩擦副開始工作，測試摩擦副表面的摩擦系數(shù)。所述潤滑劑為純水、機油、蓖麻油、硅油、癸烷、液體石蠟中的一種或幾種。
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所述有機硅烷為乙基三氯硅烷，丙基三氯硅烷，三丁基氯硅烷，辛基三氯硅烷，辛基三甲氧基硅烷，辛基三乙氧基硅烷，癸基三氯硅烷，癸基三甲氧基硅烷，癸基三乙氧基硅烷，十二烷基三氯硅烷，十二烷基三甲氧基硅烷，十二烷基三乙氧基硅烷，十六烷基三氯硅燒，十六燒基二甲氧基娃燒，十六燒基二乙氧基娃燒，十八燒基二氣娃燒，十八燒基二甲氧基硅烷，十八烷基三乙氧基硅烷，全氟辛基三氯硅烷，全氟辛基三甲氧基硅烷，全氟辛基三乙氧基硅烷，全氟癸基三氯硅烷，全氟癸基三甲氧基硅烷，全氟癸基三乙氧基硅烷，全氟十二燒基二氯娃燒，全氟十二燒基二甲氧基娃燒，全氟十二燒基二乙氧基娃燒，(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷，三(二甲氨基)氯硅烷，雙(二甲基氨基)二甲基硅烷，3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷和3-(2-氨基乙基氨基)丙基甲基二甲氧基硅烷中的一種或幾種。所用溶劑為乙醇、乙二醇、丙酮、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、正己烷、環(huán)己烷、苯或甲苯，均為分析純。本發(fā)明的有益效果是通過濕化學(xué)方法在摩擦副表面修飾具有較高接枝密度，一定厚度的不同化學(xué)基團涂層，可以簡單、方便的將摩擦系數(shù)在原有的基礎(chǔ)上降低一個數(shù)量級左右，并且從IOmin增加到幾個小時的較長的時間內(nèi)具有較好的減磨效果，可應(yīng)用于多種要求減磨的摩擦副表面該方法實用性強，且不需要特殊的制備設(shè)備可將摩擦副間的摩擦系數(shù)降低一個數(shù)量級。


圖I為采用本方法將摩擦副修飾后測得的摩擦系數(shù)。
具體實施例方式本發(fā)明提出一種通過在摩擦副表面修飾不同化學(xué)基團來降低摩擦系數(shù)的方法，結(jié)合附圖及實施例詳細說明如下實施例I將摩擦副用丙酮、四氫呋喃、N, N-二甲基甲酰胺、蒸餾水各超聲清洗15min后，烘干。然后紫外輻照I. 5h，將10wt%的全氟辛基三氯硅烷的乙醇溶液涂覆到摩擦副上并在 60°C干燥，反復(fù)涂覆4次，使涂層厚度達到92nm。以純水作為潤滑劑，啟動主機，摩擦副開始工作，在接觸壓力為400MPa下，測得其摩擦系數(shù)為O. 12 (如圖I中曲線B所示)，并可保持
3.5小時左右。未使用該方法修飾的摩擦副在相同的工況下，測得的摩擦系數(shù)為O. 65(如圖 I中曲線A所示)。實施例2將摩擦副用丙酮、四氫呋喃、N, N- 二甲基甲酰胺、蒸餾水各超聲清洗25min后，烘干。然后用氧等離子體處理Ihdf 5wt%的全氟辛基三氯硅烷的乙醇溶液涂覆到第一摩擦體上，并在60°C干燥,反復(fù)涂覆3次,使涂層厚度達到55]11]1。，8￥1:%的癸基三氯娃燒的乙醇溶液涂覆到第二摩擦體上，并在40°C干燥，反復(fù)涂覆6次，使涂層厚度達到120nm。以機油作為潤滑劑，啟動主機，第一摩擦體和第二摩擦體組成的摩擦副開始工作，在接觸壓力為 340MPa下，測得其摩擦系數(shù)為0.03(如圖I中曲線C所示)。，并可保持5小時左右。未使用該方法修飾的摩擦副在相同的工況下，測得的摩擦系數(shù)為O. 73.(如圖I中曲線A所示)。
實施例3將摩擦副用丙酮、四氫呋喃、N，N- 二甲基甲酰胺、蒸餾水各超聲清洗30min后，烘干。然后用氧等離子體處理2h，將7wt%的十二烷基三氯硅烷的甲苯溶液涂覆到第一摩擦體上，并在50°C干燥，反復(fù)涂覆4次,使涂層厚度達到82nm。10wt%的丙基三氯娃燒的乙醇溶液涂覆到第二摩擦體上，并在40°C干燥，反復(fù)涂覆5次，使涂層厚度達到114nm。以液體石蠟作為潤滑劑，啟動主機，第一摩擦體和第二摩擦體組成的摩擦副開始工作，在接觸壓力為600MPa下，測得其摩擦系數(shù)為0.05(如圖I中曲線C所示)，并可保持7小時左右。未使用該方法修飾的摩擦副在相同的工況下，測得的摩擦系數(shù)為0. 69(如圖I中曲線A所示)。實施例4將摩擦副用丙酮、四氫呋喃、N，N- 二甲基甲酰胺、蒸餾水各超聲清洗25min后，烘干。然后用氧等離子體處理1.5h，將9wt%的雙(二甲基氨基)二甲基硅烷的乙醇溶液涂覆到第一摩擦體上，并在30°C干燥,反復(fù)涂覆6次,使涂層厚度達到143nm。5 1:%的全氟辛基三乙氧基硅烷的甲苯溶液涂覆到第二摩擦體上，并在20°C干燥，反復(fù)涂覆3次，使涂層厚度達到58nm。以蓖麻油作為潤滑劑，啟動主機，第一摩擦體和第二摩擦體組成的摩擦副開始工作，在接觸壓力為800MPa下，測得其摩擦系數(shù)為0. 04(如圖I中曲線C所示)，并可保持 5小時左右。未使用該方法修飾的摩擦副在相同的工況下，測得的摩擦系數(shù)為0. 64(如圖I 中曲線A所示)。
權(quán)利要求
1.一種通過表面修飾來降低摩擦系數(shù)的方法，其特征在于，該方法是先通過紫外輻照或等離子體對摩擦副表面活化處理，在表面修飾不同的化學(xué)基團來降低摩擦系數(shù)，其表面修飾過程包括以下步驟1)硅烷溶液配制將有機硅烷與溶劑按質(zhì)量百分比配制硅烷溶液，硅烷溶液的濃度為 1-15%，優(yōu)先選用5-7% ；2)摩擦副表面超聲清洗將摩擦副用丙酮、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、蒸餾水各超聲清洗 10min-30min ；3)摩擦副經(jīng)清洗后，用紫外輻照或等離子體表面處理30min-2h，使摩擦副表面活化， 以增加其反應(yīng)活性；4)將步驟I)的硅烷溶液涂覆到摩擦副的活化表面上，并在20°C_60°C干燥；反復(fù)涂覆1-6次，優(yōu)先選用3-4次，使修飾后的涂層具有50-200nm的厚度；5)將步驟4)得到的摩擦副置于潤滑劑中，使得摩擦副處于充分潤滑的狀態(tài)。6)啟動主機，摩擦副開始工作,測試摩擦副表面的摩擦系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述通過表面修飾來降低摩擦系數(shù)的方法，其特征在于，所述潤滑劑為純水、機油、蓖麻油、硅油、癸烷、液體石蠟中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述通過表面修飾來降低摩擦系數(shù)的方法，其特征在于，所述有機娃燒為乙基二氣娃燒，丙基二氣娃燒，二丁基氣娃燒，羊基二氣娃燒，羊基二甲氧基娃燒，羊基三乙氧基硅烷，癸基三氯硅烷，癸基三甲氧基硅烷，癸基三乙氧基硅烷，十二烷基三氯硅烷，十二烷基三甲氧基硅烷，十二烷基三乙氧基硅烷，十六烷基三氯硅烷，十六烷基三甲氧基娃燒，十TK燒基二乙氧基娃燒，十八燒基二氣娃燒，十八燒基二甲氧基娃燒，十八燒基二乙氧基硅烷，全氟辛基三氯硅烷，全氟辛基三甲氧基硅烷，全氟辛基三乙氧基硅烷，全氟癸基三氯硅烷，全氟癸基三甲氧基硅烷，全氟癸基三乙氧基硅烷，全氟十二烷基三氯硅烷，全氣十二燒基二甲氧基娃燒，全氣十二燒基二乙氧基娃燒，(3_氛基丙基)二乙氧基娃燒，二 (二甲氨基)氯硅烷，雙(二甲基氨基)二甲基硅烷，3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷和3- (2-氨基乙基氨基)丙基甲基二甲氧基硅烷中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述通過表面修飾來降低摩擦系數(shù)的方法，其特征在于，所用溶劑為乙醇、乙二醇、丙酮、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、正己烷、環(huán)己烷、苯或甲苯，均為分析純。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于有機化學(xué)接枝修飾及摩擦副表面改性處理技術(shù)領(lǐng)域的一種通過表面修飾來降低摩擦系數(shù)的方法。該方法是先通過紫外輻照或等離子體對摩擦副表面活化處理，在摩擦副表面多次涂覆硅烷溶液，進行化學(xué)修飾；將摩擦副置于不同工況所需的潤滑劑中，使得修飾后的摩擦副處于充分潤滑的狀態(tài)；摩擦副開始工作。該方法可以簡單、方便的將摩擦系數(shù)在原有的基礎(chǔ)上降低一個數(shù)量級左右，并且在較長的時間內(nèi)具有較好的減磨效果，可應(yīng)用于多種要求減磨的摩擦副表面。
文檔編號F16N15/00GK102606872SQ201210038128
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者張揚, 雒建斌 申請人:清華大學(xué)