CN101806299A - 热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘及制备方法。旨在提供一种使用寿命长，能在短期内承受干摩擦的热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘及制备方法。热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘是由金属基体和自润滑耐磨涂层组成，所述金属基体为铁基、铁铜烧结基、铜基、铝基、锌基中的一种，所述金属基体是通过机械加工方式制成的；在金属基体两侧环形平面上涂覆有自润滑耐磨涂层，该自润滑耐磨涂层构成所述斜盘环形平面工作层；其特征在于：所述的自润滑耐磨涂层的耐磨涂料组成成份按重量百分含量包括：热固性聚酰亚胺40～65％和固体润滑剂35～60％。自润滑耐磨涂层的涂覆方法依次是：自润滑耐磨涂料的配制；喷涂；自润滑耐磨涂层烧结。
Description
技术领域
本发明涉及汽车空调压缩机斜盘，其中斜盘是由金属基体和滑动接触层组成，特别涉及以热固性聚酰亚胺为基础材料的改性滑动接触层的自润滑斜盘及制备方法。
背景技术
斜盘是汽车空调系统压缩机的关键部件，该斜盘设置在压缩机轴腔内的驱动轴上，通常的斜盘是由基体和滑动接触层组成，基体采用铁基、钢基、铝基中的一种通过机械加工制成，滑动接触层含有石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯、铅、粘结剂和碳化钙或氧化铝微粒子的硬质点，滑动接触层的厚度为20μm～30μm。采用上述的技术解决方案，压缩机的斜盘与滑履间的润滑性能得以改善，而提升滑动接触层性能是斜盘性能提升的关键要素。
多年来业内在不断对滑动接触层进行开发研究，一代又一代新品斜盘孕育而生，使得斜盘的性能不断提高，以满足市场的更高需求。如：日本道康宁亚洲株式会社(中国专利公开号CN1583918A)的用于滑动件的涂料组合物，其技术方案是一种用于滑动件的涂料组合物，含有聚酰胺酰亚胺树脂和固体润滑剂，并通过混合这些成份制备，由用于滑动件的涂料组合物制成的滑动膜具有令人满意的滑动性能，该方案的特点是一种新型的无铅配方。又如日本株式会社丰田自动织机(中国专利公开号CN1401898A)的滑动部件和压缩机，其技术方案是在作为压缩机的滑动部件的斜盘和滑履上形成一含有固态润滑剂热塑性聚酰亚胺涂层。热塑性聚酰亚胺是一种热塑性树脂，对于该固态润滑剂可以采用聚四氟乙烯，因此可以获得一种压缩机，该压缩机包括滑动特性得到改善的滑动部件。以上两种技术方案制成的斜盘对比前期的斜盘，在技术性能上都有所提高，但在进行干摩擦试验中还是出现了问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用寿命长，能在短期内承受干摩擦的热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘及制备方法。
本发明解决上述问题采用的技术方案是：是由金属基体和自润滑耐磨涂层组成，所述金属基体为铁基、铁铜烧结基、铜基、铝基、锌基中的一种，所述金属基体是通过机械加工方式制成的；在金属基体两侧环形平面上涂覆有自润滑耐磨涂层，该自润滑耐磨涂层构成所述斜盘环形平面工作层；其特征在于：所述的自润滑耐磨涂层的耐磨涂料组成成份按重量百分含量包括：热固性聚酰亚胺40～65％和固体润滑剂35～60％。所述的固体润滑剂是二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨中的一种或两种或三种混合使用。固体润滑剂的平均粒径优选不大于15μm。本发明的自润滑耐磨涂料中还可加入占总质量百分比0.1～1％的摩擦调节剂，所述的摩擦调节剂是指CrO2、SiO2、AI2O3、ZnO、SiC、Si3N4的一种也可是它们中的任何几种混合物。摩擦调节剂的加入极大的提高了斜盘的耐磨损性和抗咬合性。
本发明所述的热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘的生产工艺，其中自润滑耐磨涂层的涂覆方法依次是：
1、自润滑耐磨涂料的配制：①按以上自润滑耐磨涂料配比；②配制室环境温湿度：温度20℃～25℃，湿度50％以下；③混合搅拌：用溶剂N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，加入热固性聚酰亚胺、固体润滑剂，有摩擦调节剂的加摩擦调节剂配置成涂料混合物充分搅拌2～4h，以无明显气泡为度；
2、喷涂：①喷涂室环境温湿度，温度20℃～25℃，湿度50％以下；②涂层表面均匀无漏喷区域及气泡；
3、自润滑耐磨涂层烧结：烘箱炉初设温度50℃左右，斜盘单面干燥加温以50℃、10h线性升温至300℃后停止加热，自然冷却后出炉后进行第二面喷涂。对斜盘进行第二面干燥加温50℃、10h线性升温至300℃后，保温1h后，再300℃、1h线性升温到380℃后保温1h，停止加热自然冷却出炉；
4、对耐磨涂层精加工：车、磨加工耐磨涂层，加工后的自润滑耐磨涂层的单面厚度控制在20μm～30μm，两侧环形平面的平行度≤8μm。
本发明的滑动接触层的基体是热固性聚酰亚胺，它是一种热固性树脂，热固性树脂与热塑性树脂的区别在于：热固性树脂在受热后会固化，而不能再熔融和不能再成型加工，结构稳定。而热塑性树脂在受热后会熔融、变形，冷却时才会固化；从化学上讲热固性树脂在成型加工时发生交联反应，生成固定的分子网络结构。热塑性树脂在高温下加工时不发生任何化学反应，聚合物分子仍保持线型长链。热固性聚酰亚胺具有出色的力学性能，优良的耐燃性、耐磨性、耐溶剂性、耐高温，更突出是高性能复合的重要树脂基体。与玻璃纤维、碳纤维、硼纤维(及其织物)增强的层压结构的复合材料，用于制造宇航器、飞机等部件。
本发明以热固性聚酰亚胺树脂为基体，添加石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯的固体润滑剂填充物，制成自润滑耐磨剂涂在斜盘金属基体两侧环形平面上，经高温加热后固化，能使固体润滑剂牢固地保留在热固性聚酰亚胺的树脂涂层中，该树脂涂层在高温下有好的抗咬合性和最初适应性，以及足够的耐久性和耐热性。更适合制成自润滑斜盘，它与用热塑性聚酰亚胺作涂层材料比较具有更明显的耐高温和耐磨损性能，具有很好的耐磨损性和附着性，在技术性能和使用寿命上均有显著改善或提高。
本发明的优点是：
1、采用热固性聚酰亚胺为基体材料，再加入固体润滑剂和摩擦调节剂制成的树脂涂层斜盘，其性能超越以热固性聚酰胺亚胺、热塑性聚酰胺亚胺、热塑性聚酰亚胺为基体材料制成的斜盘。
2、树脂涂层不含铅。
3、制作工艺简单、成本低。
附图说明
图1是热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘的剖面示意图；
图2是摩擦磨损试验示意图；
图3是实施例1的热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘测试后的状态图；
图4是比较例1热固性聚酰胺亚胺自润滑斜盘测试后的状态图；
图5是比较例2热塑性聚酰胺亚胺自润滑斜盘测试后的状态图；
图6是比较例3热塑性聚酰亚胺自润滑斜盘测试后的状态图。
图中：1、斜盘；2、金属基体；3、自润滑磨涂层；4、专用的摩擦、磨损试验设备；5、半钢球。
具体实施方式
下面结合附图和实施例、比较例，对本发明作进一步说明。
本发明的热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘1是由金属基体2和自润滑耐磨涂层3组成，所述金属基体2为铁基、铁铜烧结基、铜基、铝基、锌基中的一种，所述金属基体2是通过机械加工方式制成的；为增加金属基体2和自润滑耐磨涂层3的结合强度，金属基体2需通过磷化处理或喷砂和磷化表面处理工艺。在金属基体2两侧环形平面上涂覆有自润滑耐磨涂层3，该自润滑耐磨涂层3构成所述斜盘1环形平面工作层；所述的自润滑耐磨涂层3的耐磨涂料组成成份按重量百分含量包括：热固性聚酰亚胺40～65％和固体润滑剂35～60％。其中固体润滑剂选用二硫化钼(MoS2)、聚四氟乙烯(PTFE)、石墨材料中的至少一种或两种或三种混合。固体润滑剂的平均粒径不大于15μm，特别是0.2～10μm。在自润滑耐磨涂层3的组成成份中按重量百分含量还有0.1～1％的摩擦调节剂。所述的摩擦调节剂是指CrO2、SiO2、A12O3、ZnO、SiC、Si3N4中的一种或是它们中的任何几种混合物。
热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘1的生产工艺，其中自润滑耐磨涂层3的涂覆方法依次是：
(1)、自润滑耐磨涂料的配制：①按以上自润滑耐磨涂料配比；②配制室环境温湿度：温度20℃～25℃，湿度50％以下；③混合搅拌：用溶剂N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，加入热固性聚酰亚胺、固体润滑剂，有摩擦调节剂的加摩擦调节剂配置成涂料混合物充分搅拌2～4h，以无明显气泡为度；
(2)、喷涂：①喷涂室环境温湿度，温度20℃～25℃，湿度50％以下；②用涂装机对斜盘喷涂表面喷涂，涂层表面均匀无漏喷区域及气泡；
(3)、自润滑耐磨涂层烧结：烘箱炉初设温度50℃左右，斜盘单面干燥加温以50℃、10h线性升温至300℃后停止加热，自然冷却后出炉后进行第二面喷涂；对斜盘进行第二面干燥加温50℃、10h线性升温至300℃后，保温1h后，再300℃、1h线性升温到380℃后保温1h，停止加热自然冷却出炉。
还可将金属基体2表面在喷涂工序前通过磷化处理或喷砂和磷化处理。在金属基体2两侧环形平面上的自润滑耐磨涂层3烧结后最终进行精密加工，加工后的自润滑耐磨涂层3的单面厚度控制在20μm～30μm，两侧环形平面的平行度≤8μm。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应这样理解下面的实施例，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明的具体条件的试验方法，通常按照常规条件。除非另有说明，所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比。
| 序号 | 热固性聚酰亚胺 | 固体润滑剂 | 摩擦调节剂 |
| 实施例1 | 热固性聚酰亚胺55％ | PTFE 15％、MoS2 10％、石墨19.5％ | SiC 0.5％ |
| 实施例2 | 热固性聚酰亚胺40％ | PTFE 59％ | CrO2 0.5％、AI2O3 0.5％ |
| 实施例3 | 热固性聚酰亚胺60％ | PTFE 15％、MoS2 10％ | ZnO 0.5％ |
| 实施例4 | 热固性聚酰亚胺50％ | MoS2 30％、石墨19.9％ | CrO2 0.1％ |
| 实施例5 | 热固性聚酰亚胺65％ | MoS2 35％ | |
| 实施例6 | 热固性聚酰亚胺45％ | 石墨54.5％ | Si3N4 0.5％ |
| 实施例7 | 热固性聚酰亚胺45％ | PTFE 30％、石墨19％ | SiO2 0.5％、SiC 0.5％ |
以上各实施例自润滑耐磨涂层3的涂覆方法均依次是：
(1)自润滑耐磨涂料的配制：①按以上对应的自润滑耐磨涂料配比；②配制室环境温湿度：温度20℃～25℃，湿度50％以下；③混合搅拌：用溶剂N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，加入对应的热固性聚酰亚胺、固体润滑剂，有摩擦调节剂的加摩擦调节剂配置成涂料混合物充分搅拌2～4h，以无明显气泡为度；
(2)喷涂：①喷涂室环境温湿度，温度20℃～25℃，湿度50％以下；②用涂装机对斜盘喷涂表面喷涂，涂层表面均匀无漏喷区域及气泡；
(3)耐磨涂层烧结：烘箱炉初设温度50℃左右，斜盘单面干燥加温以50℃、10h线性升温至300℃后停止加热，自然冷却后出炉后进行第二面喷涂；对斜盘进行第二面干燥加温50℃、10h线性升温至300℃后，保温1h后，再300℃、1h线性升温到380℃后保温1h，停止加热自然冷却出炉；
(4)对耐磨涂层精加工：车、磨加工耐磨涂层，加工后的自润滑耐磨涂层3的单面厚度控制在20μm～30μm，两侧环形平面的平行度≤8μm。
为与其它材料有一个对比，以说明本发明的性能，特选现有技术的热固性聚酰胺酰亚胺、热塑性聚酰胺酰亚胺以及热塑性聚酰亚胺来分别替代实施例1中的热固性聚酰亚胺，其它配方材料及含量相同，做成试样件作对比试验，所采用的金属基体均为45号钢。具体比较实施如下：
比较例1：
耐磨自润滑斜盘涂层按日本道康宁亚洲株式会社(中国专利公开号CN1583918A)公开的技术方案，由55％热固性聚酰胺酰亚胺、15％聚四氟乙烯、10％二硫化钼、19.5％石墨、0.5％碳化硅组成。用溶剂N-甲基吡咯烷酮作为溶剂配置成涂料喷涂在斜盘金属基体2两侧，在烘箱炉中烘干烧结，再经车、磨加工成0.020～0.035mm厚的耐磨涂层3。
比较例2：
耐磨自润滑斜盘层按日本道康宁亚洲株式会社(中国专利公开号CN1583918A)公开的技术方案，由55％热塑性聚酰胺酰亚胺、15％聚四氟乙烯、10％二硫化钼、19.5％石墨、0.5％碳化硅组成。用溶剂N-甲基吡咯烷酮作为溶剂配置成涂料喷涂在斜盘金属基体2两侧，在烘箱炉中烘干烧结，再经车、磨加工成0.020～0.035mm厚的耐磨涂层3。
比较例3：
耐磨自润滑斜盘涂层按日本株式会社丰田自动织机(中国专利公开号CN1401898A)公开的技术方案，由55％热塑性聚酰亚胺、15％聚四氟乙烯、10％二硫化钼、19.5％石墨、0.5％碳化硅组成。用溶剂N-甲基吡咯烷酮作为溶剂配置成涂料喷涂在斜盘金属基体2两侧，在烘箱炉中烘干烧结，再经车、磨加工成0.020～0.030mm厚的耐磨涂层3。
按实施例1与比较例1、例2、例3制作的试件通过端面干摩擦磨损测试，试验在专用的摩擦、磨损试验设备4上进行。固定斜盘1后，用三个直径为12mm的半钢球5，硬度为HV880，作为对磨件，在斜盘1的环形平面上均匀分布三个半钢球5滑动，对磨件和斜盘1间的载荷P是5MPa，对磨件与斜盘1的相对旋转速度V是3.35m/s，时间设定40min，如图2所示。测试结果如下表所示：
| 实验产品 | 试验时间min | 环境温度℃ | 最终温升℃ | 磨损量mm | 试验后的外观状态 | 备注 |
| 实施例1 | 40 | 14 | 180 | 0.005 | 图3所示 | 轻微磨损 |
| 实验产品 | 试验时间min | 环境温度℃ | 最终温升℃ | 磨损量mm | 试验后的外观状态 | 备注 |
| 比较例1 | 40 | 16 | 209 | 0.020 | 图4所示 | 严重磨损有剥落 |
| 比较例2 | 40 | 20 | 211 | 0.015 | 图5所示 | 磨损较严重 |
| 比较例3 | 40 | 16 | 180 | 0.015 | 图6所示 | 局部剥落严重 |
通过以上试验数据可以看出，磨损量实施例1明显小于所有比较例；从图3、4、5、6也可以看出测试后的比较例出现明显的磨损划痕和局部的剥落现象，而相对本发明的产品则在干摩擦的状态下有显著的耐磨性和抗咬合性能。
Claims (8)
1.一种热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘是由金属基体和自润滑耐磨涂层组成，所述金属基体为铁基、铁铜烧结基、铜基、铝基、锌基中的一种，所述金属基体是通过机械加工方式制成的；在金属基体两侧环形平面上涂覆有自润滑耐磨涂层，该自润滑耐磨涂层构成所述斜盘环形平面工作层；其特征在于：所述的自润滑耐磨涂层的耐磨涂料组成成份按重量百分含量包括：热固性聚酰亚胺40～65％和固体润滑剂35～60％。
2.根据权利要求1所述的热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘，其特征在于：固体润滑剂选用二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨材料中的至少一种或两种或三种混合使用。
3.根据权利要求1所述的热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘，其特征在于：固体润滑剂的平均粒径优选不大于15μm。
4.根据权利要求1所述的热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘，其特征是在自润滑耐磨涂层的组成成份中按重量百分含量还有0.1～1％的摩擦调节剂。
5.根据权利要求4所述的热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘，其特征是所述的摩擦调节剂是指CrO2、SiO2、AI2O3、ZnO、SiC、Si3N4中的一种或是它们中的任何几种混合物。
6.根据权利要求1至5任何一项所述的热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘的生产工艺，其特征是自润滑耐磨涂层的涂覆方法依次是：
(1)自润滑耐磨涂料的配制：按以上对应的自润滑耐磨涂料配比；配制室环境温湿度：温度20℃～25℃，湿度50％以下；混合搅拌：用溶剂N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，加入对应的热固性聚酰亚胺、固体润滑剂，有摩擦调节剂的加摩擦调节剂配置成涂料混合物充分搅拌2～4h，以无明显气泡为度；
(2)喷涂：喷涂室环境温湿度，温度20℃～25℃，湿度50％以下；涂层表面均匀无漏喷区域及气泡；
(3)耐磨涂层烧结：烘箱炉初设温度50℃左右，斜盘单面干燥加温以50℃、10h线性升温至300℃后停止加热，自然冷却后出炉后进行第二面喷涂；对斜盘进行第二面干燥加温50℃、10h线性升温至300℃后，保温1h后，再300℃、1h线性升温到380℃后保温1h，停止加热自然冷却出炉；
7.根据权利要求6所述的热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘的生产工艺，其特征在于所述金属基体表面在喷涂工序前通过磷化处理或喷砂和磷化处理。
8.根据权利要求6所述的热固性聚酰亚胺耐磨自润滑斜盘的生产工艺，其特征在于所述金属基体两侧环形平面上的自润滑耐磨涂层2烧结后最终进行精密加工，加工后的自润滑耐磨涂层的单面厚度控制在20μm～30μm，两侧环形平面的平行度≤8μm。
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