一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，通过超声辅助阳极氧化在轴瓦内表面制备微观粗糙结构；通过掩膜电解加工和超声辅助阳极氧化方法制备表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具；将胶膜贴合在轴瓦内表面，并通过滚压将多级粗糙结构转印到胶膜表面；以氟硅烷纳米粒子悬浊液为低表面能修饰材料对粗糙表面进行修饰得到。本发明专利技术制备方法，采用柔性掩蔽膜进行掩膜电解加工制备有序微结构的方法适用于内曲表面；微细电解加工的掩蔽膜及滚压进行图形转移的滚压模具均可以重复利用，因此工艺成本低，有利于大规模应用。

Method for preparing wear-resistant, hydrophobic and slip functional film on inner surface of bearing bush

The invention discloses a preparation method of bearing inner surface wear slip hydrophobic function of membrane by ultrasound assisted anodic oxidation in bearing inner surface preparation of micro rough structure; through the rolling of metal mold for preparing surface rough structure with multi-level mask electrochemical machining and ultrasonic assisted anodic oxidation method; the adhesive film on the surface of the bearing. Inside, and the multilevel rough structure is transferred to the film surface by rolling; with fluoroalkylsilane nanoparticles suspension for low surface energy materials modified on rough surface was modified by. The preparation method of the invention, the flexible masking film mask ECM fabrication of ordered micro structure method is suitable for curved surface; masking film micro ECM and rolling rolling die pattern transfer are to be used repeatedly, so the process cost is low, in favor of large scale application.

【技术实现步骤摘要】
一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法
本专利技术属于表面改性及轴承润滑领域，具体涉及一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法。
技术介绍
随着纳米测试技术的不断进步，借助现代微/纳米测试技术以及分子动力学模拟技术，研究表明，经典流体力学和润滑力学理论中流固界面无滑移的假设并不总是成立，边界滑移在许多情况下确实可能发生，固液界面滑移可以减小表面摩擦阻力。壁面滑移的存在为流体动力润滑轴承的设计提供了新的思路：通过对轴承表面微观形貌及润湿性的设计，增加流固界面的滑移以减小高剪切率下的速度梯度，达到减小轴承流体内摩擦阻力的目的。润湿性差的表面即疏水表面使得固体表面与流体分子间的作用力减弱，从而使得能够平衡流体流动带来的剪切力的固液界面的极限剪应力减小，更有利于发生边界滑移。因此，实现界面滑移的有效方法是构造疏水表面。表面疏水性主要由表面的化学组成和微观几何结构共同决定，因此构造疏水/超疏水表面通过以下两种思路实现：一是在低表面能疏水材料表面构造多级微观粗糙结构；二是对多级微观粗糙表面进行低表面能处理。目前，金属疏水/超疏水表面一般通过以下途径实现：(1)利用化学腐蚀法或可控热氧化法在金属表面生成金属氧化物纳米结构，通过低表面能处理实现超疏水。该方法存在的主要问题是疏水表面的强度差，表现在辅助修饰低表面能的氟化膜往往稳定性差、寿命短，也表现在实现超疏水所需要的二级纳米结构在基底附着强度差，容易遭到破坏，特别是对于存在接触摩擦的轴承润滑领域，由于疏水表面极易遭到破坏从而失去疏水性。(2)在微结构基础上生成纳米结构，然后修饰低表面能物质，比如，首先制备有序微米结构阵列，然后在金属微米结构基础上生长ZnO纳米结构。该方法通过多级粗糙结构可以实现表面的超疏水从而实现大的界面滑移。但是该方法同样存在低表面能修饰层稳定性差的问题，同时还存在纳米二级结构与基底结合强度差的问题。另外，对于轴瓦内表面这种内曲表面微结构阵列的加工也存在困难。(3)通过精确复杂的飞秒激光技术改变金属表面形貌及化学特性，可以直接制备出超疏水的纳米金属表面，而不需要任何化学涂层，可长期保持疏水性。但是飞秒激光串行加工的工艺本质决定了其低效率、高成本，不适合大面积推广。因此，探索简单易行的低成本金属表面耐磨疏水表面制备方法是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，解决了现有金属疏水滑移表面制备方法中存在的强度不足以及成本高难以大面积推广的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，通过超声辅助阳极氧化在轴瓦内表面制备微观粗糙结构；步骤2，通过掩膜电解加工和超声辅助阳极氧化方法制备表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具；步骤3，将胶膜贴合在步骤1处理后的轴瓦内表面，并通过滚压将步骤2得到的金属滚压模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；步骤4，以氟硅烷纳米粒子悬浊液为低表面能修饰材料对步骤3制备的粗糙表面进行修饰，得到轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜。本专利技术的特点还在于，步骤1具体参数为：以轴瓦内表面作为为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，电解参数为：电解液为5～30％NaNO3和5～30％NaCl，电流密度10～50A/dm2，电压3～10V，电极间隙5～40mm；超声参数为：超声频率为20KHz，超声功率为50～100W，待加工表面浸入电解液深度5～15mm；通过以上工艺，在轴瓦内表面生成整体上均匀的微观粗糙结构。步骤2具体步骤为：步骤2.1，通过掩膜微细电解加工在模具表面加工有序微结构，材料采用45#钢，轴直径φ25mm，包括以下步骤：(a)滚压模具表面处理：经过抛光打磨后分别用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，然后烘干；(b)图形化柔性绝缘掩蔽膜制备：首先用酒精和去离子水对柔性绝缘膜进行清洗并用压缩空气吹干；然后用紫外激光打标机在柔性绝缘膜上加工微透孔阵列；(c)将表面加工了微透孔阵列的柔性绝缘膜贴合在轴外表面作为微细电解加工阳极进行掩膜微细电解加工；通过超声搅拌、加工得到金属表面有序微米结构；步骤2.2，通过超声辅助阳极氧化进行滚压模具表面二级结构制备：以表面制作了有序微米结构的轴模具表面作为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，得到表面制备了多孔隙多级粗糙结构的轴作为滚压模具。步骤2.1中柔性绝缘膜采用厚度为0.05～0.2mm的聚酰亚胺膜。步骤2.1中紫外激光打标机在柔性绝缘膜上加工微透孔阵列的工艺参数：速度：10～30mm/s，激光有效功率：1～3W，频率：20KHz。步骤2.1中掩膜微细电解加工：电解液为10～40％NaCl，电流密度5～20A/dm2，电压1～5V，电极间隙20～50mm。步骤2.1中超声搅拌参数为：超声频率20KHz，超声功率30～60W，待加工表面浸入电解液深度1～5mm。步骤2.2中电解参数为：电解液10～40％NaCl，电流密度10～50A/dm2，电压3～10V，电极间隙5～40mm；超声参数为：超声频率为40KHz，超声功率为100～300W，待加工表面浸入电解液深度5～30mm。步骤3的具体步骤为：步骤3.1，依次用丙酮、酒精和去离子水清洗胶膜，然后用氮气吹干后待用；步骤3.2，在表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具表面喷涂氟硅烷作为脱模剂；步骤3.3，在温度为60～90℃的条件下，在步骤1表面制备微观粗糙结构的轴瓦内表面蒸镀偶联剂KH-55030min，然后在100～160℃下烘烤40min，在轴瓦内表面上得到均匀致密的偶联剂薄层；步骤3.4，将轴瓦置于恒温箱中，加热到190～230℃，保持30min；步骤3.5，将胶膜铺敷在轴瓦内表面，用涂敷有脱模剂的滚压模具在胶膜表面滚动2～3次，将模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；步骤3.6，将敷有胶膜的轴瓦置于恒温箱中，160～180℃下保持1.5～3h，随箱冷却至室温。步骤4具体步骤为：步骤4.1，将无水乙醇、三乙氧基(-1H,1H,2H,2H-十三氟辛基)硅烷和纳米二氧化硅混合得到氟硅烷纳米粒子悬浊液；其中无水乙醇、三乙氧基(-1H,1H,2H,2H-十三氟辛基)硅烷和纳米二氧化硅的质量比为100：0.5～2：5～15。步骤4.2，将步骤4得到的氟硅烷纳米粒子悬浊液作为疏水涂料喷涂到具有多级粗糙结构的胶膜表面，溶剂自然挥发5～20min，150℃烘烤10～30min，得到轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜。本专利技术的有益效果是，本专利技术轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，对金属基底材料适用性更广，制备方法简单，成本低，适用于大规模应用。具体表面在以下几个方面：(1)微细电解加工适用于导电材料，超声辅助加工是通过流体对表面的高频高压机械撞击作用实现，因此制备多级结构的方法对金属基底材料适用性强；(2)采用柔性掩蔽膜进行掩膜电解加工制备有序微结构的方法适用于内曲表面；(3)微细电解加工的掩蔽膜及滚压进行图形转移的滚压模具均可以重复利用，因此工艺成本低，有利于大规模应用；(4)疏水涂料粒子可以形成更小一级的结构，进一步增强疏水滑移特性；(5)所述制备有序微米结构的掩膜微细电解加工、制备二级粗糙结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，通过超声辅助阳极氧化在轴瓦内表面制备微观粗糙结构；步骤2，通过掩膜电解加工和超声辅助阳极氧化方法制备表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具；步骤3，将胶膜贴合在步骤1处理后的轴瓦内表面，并通过滚压将步骤2得到的金属滚压模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；步骤4，以氟硅烷纳米粒子悬浊液为低表面能修饰材料对步骤3制备的粗糙表面进行修饰，得到轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜。

【技术特征摘要】
1.一种轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，通过超声辅助阳极氧化在轴瓦内表面制备微观粗糙结构；步骤2，通过掩膜电解加工和超声辅助阳极氧化方法制备表面具有多级粗糙结构的金属滚压模具；步骤3，将胶膜贴合在步骤1处理后的轴瓦内表面，并通过滚压将步骤2得到的金属滚压模具表面的多级粗糙结构转印到胶膜表面；步骤4，以氟硅烷纳米粒子悬浊液为低表面能修饰材料对步骤3制备的粗糙表面进行修饰，得到轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜。2.根据权利要求1所述的轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，其特征在于，步骤1具体参数为：以轴瓦内表面作为为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，电解参数为：电解液为5～30％NaNO3和5～30％NaCl，电流密度10～50A/dm2，电压3～10V，电极间隙5～40mm；超声参数为：超声频率为20KHz，超声功率为50～100W，待加工表面浸入电解液深度5～15mm；通过以上工艺，在轴瓦内表面生成整体上均匀的微观粗糙结构。3.根据权利要求1或2所述的轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，其特征在于，步骤2具体步骤为：步骤2.1，通过掩膜微细电解加工在模具表面加工有序微结构，材料采用45#钢，轴直径φ25mm，包括以下步骤：(a)滚压模具表面处理：经过抛光打磨后分别用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，然后烘干；(b)图形化柔性绝缘掩蔽膜制备：首先用酒精和去离子水对柔性绝缘膜进行清洗并用压缩空气吹干；然后用紫外激光打标机在柔性绝缘膜上加工微透孔阵列；(c)将表面加工了微透孔阵列的柔性绝缘膜贴合在轴外表面作为微细电解加工阳极进行掩膜微细电解加工；通过超声搅拌得到金属表面有序微米结构；步骤2.2，通过超声辅助阳极氧化进行滚压模具表面二级结构制备：以表面制作了有序微米结构的轴模具表面作为溶解阳极，在无掩蔽膜的条件下进行加工，同时调控超声参数进行辅助加工，得到表面制备了多孔隙多级粗糙结构的轴作为滚压模具。4.根据权利要求3所述的轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，其特征在于，步骤2.1中柔性绝缘膜采用厚度为0.05～0.2mm的聚酰亚胺膜。5.根据权利要求3所述的轴瓦内表面耐磨疏水滑移功能膜的制备方法，其特征在于，步骤2.1中紫外激光打标机在柔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王权岱，蔡兴兴，吕游，赵仁峰，郑建明，肖继明，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61