[發明專利]一種高耐磨性金屬基自潤滑PTFE涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201210299052.4
• 申請日: 2012-08-20
• 公開（公告）號: CN103628058A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 吳國忠;鐘磊;胡志強
• 申請（專利權）人: 嘉善申嘉科技有限公司
• 主分類號: C23C26/02
• 分類號: C23C26/02;C23C24/10
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技術領域

本發明屬于高耐磨性金屬基自潤滑PTFE(聚四氟乙烯)涂層的制備方法，特別是一種高耐磨性金屬基自潤滑PTFE涂層的制備方法。

背景技術

聚四氟乙烯(PTFE)涂層在電力、化學、半導體、汽車、醫療、食品等領域具有廣泛應用。由于PTFE分子鏈幾乎是線性的，具有強烈的分子內線相互作用，因此極性和表面能很低，導致PTFE涂層與金屬基材的結合強度比較低。為克服這些缺陷，一般使用primer(過渡層)或添加其他成份，盡管這些措施可能會影響PTFE涂層的熱穩定性及純度。表面含有PTFE聚合物涂層、具有自潤滑功能的金屬基無油潤滑軸承在各種機械設備中發揮中重要作用，也已經成為一個專門的產業。這種軸承利用了PTFE所具有的潤滑性、電絕緣性、以及表面不粘性和耐高低溫特性。該類軸承的制造需要兩道工藝：首先在不銹鋼板上高溫燒結一層銅粉，表面形成一層金屬銅；然后在銅的表面再高溫燒結PTFE，形成致密的PTFE涂層，賦予材料特殊的自潤滑功能。為提高PTFE涂層的耐摩擦性能，通常將銅粉、玻璃纖維、碳纖維、石墨、甚至鉛粉與PTFE混合并一起燒結。燒結工藝完成后再經過若干加工工藝最終制造成不同尺寸的軸承。

金屬基PTFE自潤滑涂層具有摩擦系數低的優點，因為PTFE是所有聚合物材料摩擦系數最低的物質，但是由于其特殊的分子結構，PTFE最大的缺點是耐磨性能較低，在較高的載荷下容易發生磨損。而且由于PTFE與金屬材料(銅的涂層)相容性較差，因此PTFE涂層的厚度受到一定限制。該類自潤滑軸承在實際使用中由于PTFE逐漸磨損而導致壽命較短，為延長使用壽命而需要添加各種助劑提高PTFE涂層的耐磨性能。然而這種通過外部添加助劑的方法對提高PTFE涂層的耐磨效果是非常有限的。

和其它聚合物的交聯類似，將線性的PTFE分子鏈段進行交聯形成三維網狀的立體結構可以提高抗蠕變性及耐磨性。由于PTFE分子鏈中氟原子電子云之間強烈的空間位阻及庫倫排斥力，因此很難發生交聯反應。在電離輻射作用下，PTFE是一種典型的輻射裂解性聚合物(1)。自20世紀90年代以來科學家們發現了PTFE在熔點附近的溫度輻照可以發生交聯。交聯PTFE基本保留了PTFE材料的優點，但熔點和結晶度略微降低、透明度增加。交聯PTFE最引人注目的優點是其突出的耐摩擦磨損特性(2)。根據交聯程度(或吸收的輻照劑量)的高低，交聯PTFE的耐磨性能提高幅度也不相同，當輻照劑量達到300kGy以上時，耐磨性能可以提高1000倍甚至1000倍以上。交聯PTFE突出的耐磨特性如果能在金屬基PTFE自潤滑涂層中得到應用，可以大幅度提高自潤滑軸承的使用壽命、提高產品的附加值和競爭力。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述技術的不足而提供可以大幅度提高自潤滑性能和耐磨性能的一種高耐磨性金屬基自潤滑PTFE涂層的制備方法。

為了實現上述目的，本發明所提供的一種高耐磨性金屬基自潤滑PTFE涂層的制備方法，采用PTFE為原料，將PTFE或PTFE與添加劑的混合物涂覆到金屬基材表面，經過干燥后形成PTFE膜，再利用電子加速器在330℃-355℃的溫度下進行輻照，使PTFE處于熔融狀態，輻照氣氛為惰性氣體，使金屬基材表面的PTFE分子發生交聯，形成三維網狀結構。

本發明提供的一種高耐磨性金屬基自潤滑PTFE涂層的制備方法，可以在輻照先在惰性氣體環境下于380℃-390℃溫度范圍內進行燒結，燒結后再采用電子加速器進行輻照。

所述PTFE為原料可以為乳液、也可以是PTFE粉末，可以是純度級的PTFE，也可以是非純度級的，所述經過干燥后形成PTFE膜可以是純的PTFE膜，也可以是PTFE與添加劑的混合物形成的膜，所述的添加劑可以是玻璃纖維粉末、碳纖維粉末、石墨粉末。

所述利用電子加速器進行輻照，可以采用電子能量為100KeV-3MeV的加速器進行輻照，吸收劑量控制在10kGy-500kGy。

所述金屬基材可以是銅基材，所述銅基材可以是在其它金屬表面涂覆銅涂層，特別是可以在不銹鋼板表面涂覆銅涂層，也可以直接是銅質基材。

所述金屬表面涂覆銅涂層，可以是將銅粉攤鋪在金屬板的一面、然后高溫燒結，使金屬表面鍍上一層一定厚度的金屬銅。