[發(fā)明專利]基于多孔泡沫金屬的嵌入式固體自潤滑材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2010-08-17
• 公開（公告）號: CN101906549A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戴振東;夏延秋;姬科舉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀昌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自潤滑以及空間潤滑材料。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，特別是空間技術(shù)的應(yīng)用需求，自潤滑材料被越來越廣泛地應(yīng)用在潤滑油和潤滑脂所不能勝任的苛刻的工作環(huán)境。例如，將自潤滑材料引入軸承體系的研究方法，在一定壽命內(nèi)省去對潤滑材料的額外維護。以聚四氟乙烯（PTFE）為代表的一類固體潤滑材料已被廣泛用于自潤滑結(jié)構(gòu)設(shè)計之中，而純聚四氟乙烯由于其在耐磨性能上的缺陷，多被作為潤滑劑基體，輔助添加微米或納米級無機顆粒或者纖維來增強其耐磨性能。然而在高速重載環(huán)境下，單純的聚四氟乙烯聚合物仍然表現(xiàn)出較低的抗磨性能，繼而限制了聚四氟乙烯基聚合物的應(yīng)用范圍。在重載環(huán)境中，由于對散熱和承載能力的要求，以銅基合金為基體嵌入固體潤滑劑的設(shè)計方式被廣泛的引入，然而其減摩耐磨性較大程度上取決于摩擦面上固體潤滑劑所占的面積比例、孔結(jié)構(gòu)以及熱分散性能，因而尋找基體較大承載能力和較大有效潤滑面積是高速重載情況下自潤滑的研究方向之一。泡沫金屬是一類具有質(zhì)輕、高比表面積、優(yōu)良的熱傳導(dǎo)與電導(dǎo)率等優(yōu)勢的新型多孔材料，近年來被應(yīng)用于熱交換，鋰電池的陽極材料，電化學(xué)催化，過濾裝置，能量吸收等方面。若以其為基體填充固體潤滑劑，可以預(yù)見制備出的自潤滑復(fù)合材料具有有效潤滑面積比例大，導(dǎo)熱性導(dǎo)電性較好等優(yōu)點，能夠有效抑制單一聚四氟乙烯制品受熱時的膨脹力和固有的冷流性，而且泡沫金屬基體的中空結(jié)構(gòu)也為潤滑過程中儲油、儲脂提供了可能。公開號為CN1712749A的中國專利公開了一種聚四氟乙烯耐磨自潤滑軸承，它由底層鋼板，中間層燒結(jié)青銅粉、上層聚合物層組成，其中聚合物由聚四氟乙烯、稀土化改性劑處理過的碳纖維及鉛粉組成的，應(yīng)用于普通滑動軸承領(lǐng)域。公開號為CN1186017A的中國專利公開了一種金屬-塑料復(fù)合材料，它依次由金屬底層、粘結(jié)層、增強金屬網(wǎng)或非金屬網(wǎng)、表面潤滑層組成，是一種典型的自潤滑耐磨性的塑料基復(fù)合材料。但這兩種專利中作為中間層的青銅粉以及增強層的金屬網(wǎng)或者非金屬網(wǎng)對上表面的聚合物潤滑層的粘接或者增強作用僅局限在層間接觸部分，這就大大限制了作為潤滑主體的塑料的縱向厚度，從而在耐磨壽命方面大大降低。而本發(fā)明首次將固體潤滑材料嵌入到三維網(wǎng)狀泡沫金屬中，使其參與潤滑的有效體積大大增加，延長了潤滑材料使用壽命，且材料中相互連通的金屬孔棱也賦予了潤滑材料導(dǎo)電導(dǎo)熱性能良好的特點，使其在諸如電刷、軸套、導(dǎo)軌、剎車片等方面也有應(yīng)用的潛能。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供一種在高速重載時具有較好摩擦學(xué)性能，以及對摩擦副的導(dǎo)電與導(dǎo)熱性有特殊要求的基于泡沫金屬的嵌入式自潤滑材料及其制備方法，該材料將泡沫金屬特有的優(yōu)良性能應(yīng)用到摩擦學(xué)領(lǐng)域，通過提高摩擦面有效潤滑面積以及導(dǎo)熱導(dǎo)電性以提高固體潤滑復(fù)合材料的減摩耐磨性能。

技術(shù)方案：基于多孔泡沫金屬的嵌入式固體自潤滑材料，以多孔泡沫金屬作為骨架，以固體潤滑劑為填充物，形成由金屬骨架和潤滑材料構(gòu)成的復(fù)合材料；其中多孔泡沫金屬的材質(zhì)為銅、鎳、銀、錫、鋁、鈦、銅合金、鎳合金、鋁合金或鈦合金；并且泡沫金屬每英寸上孔數(shù)PPI為6~30個，孔隙率85%~97%；作為填充的固體潤滑復(fù)合材料為：聚四氟乙烯、二硫化鉬、石墨、碳纖維、玻璃纖維、氧化鋁顆粒、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚醚醚酮（PEEK）、聚甲醛（POM）、聚酰亞胺（PI）、含二氮雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)聚芳醚砜酮（PPESK）、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)中的一種或幾種的混合物。

制備基于多孔泡沫金屬的嵌入式固體自潤滑材料的方法1，制造工藝為：借助真空抽濾裝置，通過滴定含固體潤滑材料組份的有機懸濁液，將固體潤滑劑填充到泡沫金屬的骨架當中，風干后冷壓燒結(jié)成型。具體制備步驟為：將上述固體潤滑材料混合組份分散于有機溶劑中形成懸濁液，借助真空抽濾裝置將固體潤滑材料填充到泡沫金屬的骨架當中；室溫下風干，使其有機溶液充分揮發(fā)，之后預(yù)壓成型，保持整個體系的致密性，最后燒結(jié)成型。

制備基于多孔泡沫金屬的嵌入式固體自潤滑材料的方法2，制造工藝為：在略低于所用泡沫金屬抗壓強度的壓力下向多孔泡沫金屬內(nèi)壓入含混合固體潤滑材料的熔融樹脂，以將固體潤滑劑填充到泡沫金屬的骨架當中，再自然冷卻成型。具體制備步驟為：選擇流動性較好的樹脂復(fù)合材料作為熱固性溶劑，充分混合固體潤滑劑；在略低于泡沫金屬抗壓強度的壓強環(huán)境下將熔融態(tài)的固體潤滑復(fù)合材料壓入泡沫金屬的骨架之中，而后自然冷卻成型。