[發(fā)明專利]一種金屬表面微織構(gòu)及強粘接性聚合物潤滑層制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910167853.7
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN111659589B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張國亮;王燕霜;寧飛浪;楊立軍;王而強;徐龍濤
• 申請（專利權(quán)）人: 天津職業(yè)技術(shù)師范大學（中國職業(yè)培訓(xùn)指導(dǎo)教師進修中心）
• 主分類號: B05D3/00
• 分類號: B05D3/00;B05D3/10;B05D7/24;C25D11/08
• 代理公司: 天津創(chuàng)智睿誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12251
• 代理人: 王海濱

通過不同表面處理工藝，如：噴砂、激光加工、陽極氧化等，調(diào)控金屬表面凹凸陣列，并采用過渡金屬溶液反應(yīng)處理表面微結(jié)構(gòu)空間產(chǎn)生聚合物聚合催化活性位,構(gòu)筑金屬表面催化轉(zhuǎn)化層，為聚合物潤滑層原位聚合提供反應(yīng)空間。同時，使用金屬表面改性劑多取代基多巴胺分子，該改性劑具有羥基（?OH）聚合官能團及胺基與季胺（?NH、?NH?、=N?）固化官能團，研究該化合物在酸堿度（pH=4?9）與氧氣條件下，經(jīng)金屬表面催化層誘導(dǎo)形成界面粘附層。基于改性劑的聚合官能團，與環(huán)氧分子官能共聚反應(yīng)產(chǎn)生交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)鍵合結(jié)構(gòu)，該工藝克服了傳統(tǒng)環(huán)氧單體聚合物與外加固化劑反應(yīng)的形成潤滑層的低粘附強度、不均勻或易脫落的難題，可用于制備金屬表面界面強粘接性潤滑層，為金屬表面的耐磨防護提供一種新方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固體潤滑技術(shù)領(lǐng)域，尤其金屬表面強粘附潤滑層及其制備方法。

背景技術(shù)

我國東部石油資源儲量減少，中西部陸地深層油藏將成為油田開發(fā)的主戰(zhàn)場。針對中西部復(fù)雜地層條件，大斜度井、大位移井及叢式井等鉆采技術(shù)迅速的發(fā)展起來，與傳統(tǒng)的直井鉆井技術(shù)相比，其鉆井周期長、摩阻大、工況條件苛刻等特點，傳統(tǒng)潤滑油或潤滑脂的自身減摩特性已經(jīng)難以滿足苛刻工況的具體要求，從而造成套管等鉆具嚴重磨損。

鉆具在深層油氣田開發(fā)過程中，面臨的工況條件十分復(fù)雜，如：高溫（200～260 °C）、高地層壓力及高氣液侵蝕等，要求鉆具材質(zhì)必須具備良好的耐高溫、耐磨損、耐腐蝕及抗疲勞等性能， 即使X-95、G-105和S-135等高強度鉆桿鋼往往也無法滿足具體工況要求。

近年來，針對特種鋼、鋁合金及不銹鋼等金屬材料的潤滑和耐磨問題展開了大量研究工作，其中以表面改性和涂層居多。提高金屬表面耐磨性方法主要分為三類：（1）表面處理提高耐磨性，主要研究方法有：表面滲碳、滲氮等，但滲碳、滲氮層較薄，潤滑層壽命有限；（2）表面自組裝膜、涂層與油脂潤滑層，產(chǎn)生抗磨減阻性，但潤滑層的均勻性與時效性有待提高。（3）表面構(gòu)建聚合物基、陶瓷基或復(fù)合材料保護層，可產(chǎn)生固體自潤滑性，但尚需克服保護層脫落及磨粒磨損等問題；顯然，實現(xiàn)金屬材料在苛刻工況環(huán)境下高效使役性是一個長期目標，創(chuàng)制一種金屬表面的強粘附、自潤滑性能優(yōu)異的聚合物復(fù)合保護層已經(jīng)刻不容緩。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種界面強粘接性、自修復(fù)與自潤滑于一體的多功能保護層及其制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種金屬表面微織構(gòu)及強粘接性聚合物潤滑層，包括如下部分：

金屬表面微織構(gòu)，包括表面噴砂、激光刻蝕、陽極氧化工藝，

粘附劑，含有多官能團的多巴胺分子單體，

聚合物潤滑層，含有環(huán)氧基團的聚合物單體

一種金屬表面微織構(gòu)及強粘接性聚合物潤滑層制備方法，包括如下步驟：

(1) 將一定尺寸的軸承鋼樣品通過除油等前處理工藝，調(diào)整磨粒尺度，噴砂機噴嘴出口壓力，噴嘴距樣品距離等參數(shù)，獲得適宜的表面粗糙度，對樣品表面進行后處理，最終得到具有微織構(gòu)的金屬表面；

(2) 將一定尺寸的軸承鋼樣品通過除油等前處理工藝，選擇納米激光器，調(diào)整脈沖能量，調(diào)節(jié)激光的平均功率等激光刻蝕工藝，最終獲得適宜的表面粗糙度，對樣品表面進行后處理；

(3) 陽極氧化工藝，以鋁合金為材質(zhì)，調(diào)控電流密度、電解液硫酸濃度、鋁離子濃度、氧化時間、電解液溫度等氧化工藝氧化完畢后，最終獲得適宜的表面多孔形貌，然后對樣品進行清洗；

(4)配制：將一定質(zhì)量的硫酸鎳、硫酸鈷、氯化釕、硼酸等溶解于去離子水中，調(diào)控適宜pH，配制成一定濃度的催化活性溶液；

(5) 將步驟(1)~(3)所得到的具有表面微結(jié)構(gòu)的金屬板，在一定溫度下浸漬在催化活性溶液中，最終獲得金屬表面催化層；