一种具有发光预警功能的摩擦涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有发光预警功能的摩擦涂层及其制备方法，本发明专利技术首先采用球磨搅拌工艺制备不同配比的氧化物、石墨烯、不同颜色发光的荧光粉体等复合摩擦粉体，在常规摩擦粉体中混入了不同颜色的发光粉体；随后利用超声分散技术使上述复合粉体与环氧树脂胶粘剂及成膜剂进行均匀混合，使复合摩擦粉体能在金属基体表面形成良好的成膜效果；最后利用旋涂方法使含有复合摩擦粉体的材料均匀在基体表面成膜，且成膜的厚度及质量可控。该方法制备简单、快速、成本低，适合大面积生产。

Friction coating with light-emitting warning function and preparation method thereof

The invention relates to a friction coating with a luminous warning function and a preparation method. In the present invention, a ball milling process is first used to prepare composite friction powders with different proportions of oxide, graphene, different color luminescent powders, and the light powder of different colors is mixed in the conventional friction powder; then, the powder is used. The composite powder can be uniformly mixed with epoxy resin adhesive and film forming agent by ultrasonic dispersion technology, so that the composite friction powder can form a good film forming effect on the surface of the metal matrix. Finally, the composite friction powder material is evenly coated on the surface of the matrix by the method of spin coating, and the thickness and quality of the film are controlled. The method is simple, rapid and low cost, and is suitable for large area production.

【技术实现步骤摘要】
一种具有发光预警功能的摩擦涂层及其制备方法
本专利技术涉及机械工程与表面科学领域，具体涉及一种具有发光预警功能的摩擦涂层及其制备方法。
技术介绍
机械设备中，有些关键部位在苛刻环境下服役，相互接触部件在反复摩擦下必定会造成材料表面的损伤，而损伤部位的检测与控制一直是摩擦学领域亟待解决的核心问题。事实上，人们在重视材料摩擦学性能的同时，却往往忽略了在摩擦环境诱导下一些原本微弱的物理、化学效应随着摩擦表面塑性、弹性及断裂等破坏行为的发生同时也会展现出显著的声、光、电及磁的响应行为。摩擦过程的早期预警行为主要是通过声和光的物理信号反馈实现，其中声信号是目前研究较为成熟的磨损失效的响应模式，但是由于其须与待测试件接触，易受到其他机电类噪声干扰，进而限制了该检测方法的发展应用。与声信号相比，光信号的反馈不仅避免了与待测试件的接触且免受噪声干扰的影响，而且在监测材料磨损失效时也可以实时反馈材料表面状态(如成分、结构和变形等)的变化。利用可产生发光现象的物质掺与到摩擦体系中，通过发光信号判断摩擦过程不同阶段的磨损状态。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有发光预警功能的摩擦涂层及其制备方法，针对摩擦过程中判断磨损失效过程中的信号状态，提出采用氧化物、石墨烯、荧光粉、胶粘剂及成膜剂等不同材料配方及球磨工艺，制备分散均匀的摩擦涂层体系，该方法制备简单、快速、成本低，适合大面积生产。本专利技术首先采用球磨搅拌工艺制备不同配比的氧化物、石墨烯、不同颜色发光的荧光粉体等复合摩擦粉体，在常规摩擦粉体中混入了不同颜色的发光粉体；随后利用超声分散技术使上述复合粉体与环氧树脂胶粘剂及成膜剂进行均匀混合，使复合摩擦粉体能在金属基体表面形成良好的成膜效果；最后利用旋涂方法使含有复合摩擦粉体的材料均匀在基体表面成膜，且成膜的厚度及质量可控。本专利技术提供的具体技术方案是：一种制备具有发光预警功能的摩擦涂层的方法，包括以下步骤：1)含有不同发光体的复合摩擦粉体的制备：取荧光粉和氧化物，向其中加入适量的无水乙醇，以300:1-600:1的球料比将其放入球磨机中搅拌18-24h，并放入超声分散机中进行分散处理，得到均匀分散的氧化物；再在上述均匀分散的氧化物中加入0.3％的石墨烯，继续以400:1-550:1的球料比将其在球磨机与氧化物进行混合搅拌10-14h，最后得到氧化物、荧光粉和石墨烯复合摩擦粉体；2)含有不同发光体的复合薄膜的制备：利用超声分散技术使复合摩擦粉体与环氧树脂成膜体系进行均匀混合，使复合摩擦粉体能在金属基体表面形成良好的成膜效果；最后利用旋涂方法使含有复合摩擦粉体的混合材料均匀在基体表面成膜，且成膜的厚度及质量可控。步骤1)中，荧光粉和氧化物的质量比为1:3-1:5。步骤2)中，环氧树脂成膜体系的制备为：以40-50％环氧树脂，10-20％聚酰胺树脂，10-20％苯甲醇稀释剂，10％的OP-10分散剂和5％偶联剂，外加少量的消泡剂，混合制得环氧树脂基体。步骤2)中，将氧化物、荧光粉和石墨烯复合粉体加入到环氧树脂成膜体系中，充分搅拌。步骤2)中，分别把掺有不同发光光谱的荧光粉成膜物质旋涂于金属基片上，进而可实现逐层的颜色变化效应。进一步的，旋涂完每一层之后需经过100°烘干处理2小时。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术可实现在不同基体表面涂覆含不同发光光谱的发光体的复合薄膜，并通过简单的光学检测即可对重要部位的损伤状况进行实现监控。工艺简单，成本低，容易实现产业化生产，有较广阔的市场前景。(2)本专利技术将在材料损伤方面具有潜在的应用前景，相对于较成熟的声信号反馈监测方式，避免了与检测件接触，同时消除了外界环境对检测的干扰，可实现对材料损伤的实时精确地反馈。附图说明图1：(a)基片、(b)氧化物(Al2O3)掺杂荧光粉的磨损形貌。图2：(a)基片、(b)氧化物(TiO2)掺杂荧光粉的磨损形貌。图3：含Al2O3、石墨烯和荧光体的复合薄膜的摩擦曲线。复合薄膜的摩擦磨损性能通过中科院兰州化学研究所所生产的WTE-2E型可控气氛微摩擦试验机进行测试，采用球-盘摩擦磨损模块，选用直径为6mm的氮化硅为对磨球。本试验设定的转速为200r/min.，测试时间为每个样品30min，所施加的载荷为200g，样品均是在常温下进行的。图4：含TiO2、石墨烯和荧光体的复合薄膜的的摩擦曲线，测试方法同上。图5：含绿色和蓝色发光体的复合薄膜在摩擦时的磨损现象，(a)是未磨损时的表面荧光现象，(b)是摩擦中期的荧光现象，(c)是磨损后期的荧光现象。本专利技术通过在暗室环境中，在样品表面放置一CCD摄像机，通过观测复合薄膜摩擦过程中的发光信号的变化规律了解材料表面的磨损状况，显然，随着摩擦的进行发光信号由表层的绿色逐渐变暗，呈现出淡蓝色，随着磨损量的增加信号越来越弱，则表明磨损程度越来越强。图6：TiO2-荧光粉复合薄膜在摩擦时的发光现象。本专利技术通过在暗室环境中，在样品表面放置一CCD摄像机，通过观测复合薄膜摩擦过程中的发光信号的变化规律了解材料表面的磨损状况，显然，随着摩擦的进行发光信号越来越弱，则表明磨损程度越来越强。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1：(1)含有双层发光效应的荧光体与氧化铝(Al2O3)复合摩擦粉体的制备：取20g的Al2O3与具有不同蓝色和绿色发光光谱的荧光体，使不同颜色的荧光粉分别和Al2O3按照1:4的质量比，往其中加入适量的无水乙醇，以500:1的球料比将其放入球磨机中搅拌20h，并放入超声分散机中进行分散处理，得到均匀分散的Al2O3。在上述Al2O3中加入0.3％的石墨烯，继续以500:1的球料比将其在球磨机与氧化物进行混合搅拌12h，最后得到Al2O3、荧光粉和石墨烯复合粉体。(2)含有双层发光效应的复合薄膜的制备：制备环氧树脂基的成膜体系配方，以45％环氧树脂，15％聚酰胺树脂，15％苯甲醇稀释剂，10％的OP-10分散剂和5％偶联剂，外加少量的消泡剂。而后把利用上述方法制得的Al2O3、蓝色荧光粉和石墨烯的复合粉体，加入到所制得的环氧树脂基体中，经过充分分散后，旋涂于金属(不锈钢)基片上，经100℃烘干2小时之后得到第一层发光体的薄膜，随后以相同方式把含有绿色荧光体的相同复合粉体再涂装在该薄膜表面获得第二层复合薄膜。如图1所示为200g载荷下该复合薄膜与基体的磨损形貌对比，由该图可见，经过掺Al2O3和石墨烯复合处理之后磨痕形貌明显变窄，变浅，且图3的摩擦系数也表明，该复合处理之后具有显著的润滑特性，改性后的摩擦系数由原来0.65降低到平均0.35左右，且随着摩擦过程的进行，摩擦系数还在持续降低，这说明，该复合体系有助于提高金属表面的摩擦性能。该专利技术的另一大特色在于可以观察摩擦过程中随着磨损程度的变化而获得其发光信号的变化规律，这一现象由图5所示，随着摩擦的进行，随着磨损表面的损耗，摩擦表面的发光效应也由明亮的绿色慢慢向蓝绿色到蓝色转变。实施例2：(1)含有单一绿色发光效应的荧光体与氧化钛(TiO2)复合摩擦粉体的制备：取20gTiO2，往其中加入适量无水乙醇，以500:1的球料比将其放入球磨机中搅拌20h，然后将材料放入超声分散机，打开悬浮液中团聚，从而得到均匀分散的TiO2，取出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备具有发光预警功能的摩擦涂层的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)含有不同发光体的复合摩擦粉体的制备：取荧光粉和氧化物，向其中加入适量的无水乙醇，以300:1‑600:1的球料比将其放入球磨机中搅拌18‑24h，并放入超声分散机中进行分散处理，得到均匀分散的氧化物；再在上述均匀分散的氧化物中加入0.3％的石墨烯，继续以400:1‑550:1的球料比将其在球磨机与氧化物进行混合搅拌10‑14h，最后得到氧化物、荧光粉和石墨烯复合摩擦粉体；2)含有不同发光体的复合薄膜的制备：利用超声分散技术使复合摩擦粉体与环氧树脂成膜体系进行均匀混合，使复合摩擦粉体能在金属基体表面形成良好的成膜效果；最后利用旋涂方法使含有复合摩擦粉体的混合材料均匀在基体表面成膜，且成膜的厚度及质量可控。

【技术特征摘要】
1.一种制备具有发光预警功能的摩擦涂层的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)含有不同发光体的复合摩擦粉体的制备：取荧光粉和氧化物，向其中加入适量的无水乙醇，以300:1-600:1的球料比将其放入球磨机中搅拌18-24h，并放入超声分散机中进行分散处理，得到均匀分散的氧化物；再在上述均匀分散的氧化物中加入0.3％的石墨烯，继续以400:1-550:1的球料比将其在球磨机与氧化物进行混合搅拌10-14h，最后得到氧化物、荧光粉和石墨烯复合摩擦粉体；2)含有不同发光体的复合薄膜的制备：利用超声分散技术使复合摩擦粉体与环氧树脂成膜体系进行均匀混合，使复合摩擦粉体能在金属基体表面形成良好的成膜效果；最后利用旋涂方法使含有复合摩擦粉体的混合材料均匀在基体表面成膜，且成膜的厚度及质量可控。2.根据权利要求1所述的制备具有发光预警功能的摩擦涂层的方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴红艳，张成远，夏於林，鲁小娅，谷卓欣，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32