含渗硼层的超低摩擦固-液组合物及其减小工件摩擦的方法技术

本发明专利技术提供一种含渗硼层的超低摩擦固

【技术实现步骤摘要】
含渗硼层的超低摩擦固
‑
液组合物及其减小工件摩擦的方法


[0001]本专利技术涉及固
‑
液复合超低摩擦润滑材料
，尤其涉及含渗硼层的超低摩擦固
‑
液组合物及其减小工件摩擦的方法。

技术介绍

[0002]随着我国海洋、航空航天、高端制造向“更深(深蓝)、更高(临近空间)、更安全、智能化”等方向发展，开发低摩擦、高耐磨和耐腐蚀等性能的先进材料与技术是实现装备高效和安全运行的重要保障。海洋装备、近海装备、地下装备等，在储存和服役过程中，存在着腐蚀、高湿度等苛刻环境，可能造成减摩涂层的失效及基底材料的腐蚀，极大的影响了装备的服役可靠性及使用寿命；空间设备向长寿命(～20年)、高可靠性方向发展，对运动部件的长效润滑提出了新的需求；人工关节置换后期望终生免二次置换，对关节摩擦副的耐磨性能提出更高需求。超低摩擦技术(摩擦系数小于0.01)是减小磨损、实现关键运动部件长寿命高可靠性服役的有效方法。
[0003]当前超低摩擦体系集中在二维材料固体超低摩擦体系、水基液体宏观超滑体系等。二维固体材料，如石墨烯等在微米级或纳米级尺度可实现非公度超低摩擦，类金刚石(DLC)膜在H2或N2氛围下实现了低于0.01的摩擦系数，得到了广泛关注；然而，该固体超低摩擦体系主要集中在微观尺度或惰性气氛，尚难以满足轴承、齿轮和液压泵等大气氛围下运动部件的服役要求。另一方面，如专利低摩擦滑动机构、低摩擦剂组合物以及减小摩擦的方法(申请公布号为CN 101760286A)中以DLC涂层与醇基润滑介质的固液复合体系具有良好的协同润滑作用，可达到低于0.005的超低摩擦，给超低摩擦体系带来了新的途径；但是DLC涂层需要较为光滑的零件表面(Ra<0.1μm)，从而避免在高应力下涂层的破裂，尚难以满足常用关键零部件(如齿轮表面粗糙度在Ra 1.6μm量级)的使用需求；同时涂层等与基底之间结合力较弱，易于剥落，引起了工业界对使用DLC等涂层的担忧，同时也制约了长寿命高可靠性零部件的发展。因此，有必要开发出一种在大气氛围下同时具有优异结合力、超低摩擦系数的新型涂层及润滑技术，减少或避免对运动部件低表面粗糙度的要求，大幅度降低运动副摩擦系数与磨损量，促进超低摩擦技术在轴承、齿轮、活塞环、液压泵和人工关节等关键运动部件的工业应用，实现重大装备的长效润滑。

技术实现思路

[0004]针对上述已有涂层及润滑技术的不足，基于渗硼层与基底的冶金结合(高结合力)以及高硬度与耐磨性，本专利技术提供了一种含渗硼层的超低摩擦固
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液组合物及其减小工件摩擦的方法。
[0005]本专利技术的第一个目的是提供一种含渗硼层的超低摩擦固
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液组合物，所述超低摩擦固
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液组合物由渗硼层、液体润滑相组成。
[0006]优选的，所述渗硼层硬度为Hv1200
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Hv3000，平均厚度为1
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200μm，含硼量6wt.％
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16.2wt.％。
[0007]优选的，所述液体润滑相为含羟基的液体润滑剂。
[0008]优选的，所述含羟基的液体润滑剂是指：由碳、氢、氧构成的化合物为基础液体介质，或者在所述基础液体介质中添加一种或多种化合物添加剂，所述化合物添加剂是含有碳、氢、氧、氮、磷、硫、金属元素中的一种或多种；其中，基础液体介质所占比例为60wt.％
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100wt.％。
[0009]优选的，所述基础液体介质是指：水、一元醇、二元醇或多元醇中的一种或多种的混合物。
[0010]本专利技术的第二个目的是提供上述含渗硼层的超低摩擦固
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液组合物减小工件摩擦的方法，按照以下步骤进行：
[0011]步骤1、通过清洗溶剂对工件进行表面清洗，除去工件表面污染物；
[0012]步骤2、在工件表面制备渗硼层，得到渗硼后的工件；
[0013]步骤3、将渗硼后的工件进行清洗，并进行干燥处理，以除去表面渗硼残留物质；
[0014]步骤4，将液体润滑剂体涂覆在步骤3中工件的表面，使工件表面具有超低摩擦系数的固
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液组合物，以减小摩擦。
[0015]优选的，步骤1中，所述清洗溶剂为水、乙醇、丙酮、石油醚或异丙醇中的一种或多种。
[0016]优选的，步骤2中采用固体法渗硼或电化学液体渗硼法在工件表面制备渗硼层，制备温度为500
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1100℃，时间为5min
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10h。
[0017]优选的，所述工件为钢、钛合金、碳化钨、多主元合金的其中一种。
[0018]优选的，步骤3中的干燥温度为40
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150℃，干燥时间为5
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100min。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020](1)该固
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液组合物在室温环境下可实现低于0.01的宏观超低摩擦系数；
[0021](2)该固
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液组合物制备方法简单，成本较低：渗硼技术对设备要求较低，避免了传统涂层制备过程中的高真空、高光洁度/低粗糙度等苛刻需求；含羟基液体介质易于获取或购买，具有较低的成本，具有良好的工业应用价值；
[0022](3)该固
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液组合物具有高可靠性，长寿命：渗硼层与基底为冶金结合，结合强度高，避免了常规涂层结合力不足导致的剥落等安全隐患；羟基液体润滑剂可连续补充表面，实现润滑膜原位再生，相比单一渗硼层具有更长使用寿命；
[0023](4)该固
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液组合物可应用于金属结构的重大装备中，特别是合金钢等材料，有望赋予轴承、齿轮、活塞环、液压泵等关键运动部件长效润滑。
附图说明
[0024]图1为实施例1制备得到的渗硼层截面图；
[0025]图2为实施例1制备固
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液复合组合物在10N高载荷下超低摩擦系数(<0.01)；
[0026]图3为实施例3与对比例1的原始工件与渗硼工件的表面硬度对比图；
[0027]图4为实施例4备固
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液复合组合物在3N低载荷下超低摩擦系数(<0.01)；
[0028]图5为对比例2的原始钢工件为基底的组合物的摩擦系数(高达0.15，未实现超低摩擦)。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]下述实验方法和检测方法，如没有特殊说明，均为常规方法；下述试剂和原料，如没有特殊说明，均为市售试剂和原料。
[0031]实施例1
[0032]一种含渗硼层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含渗硼层的超低摩擦固
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液组合物，其特征在于，所述超低摩擦固
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液组合物由渗硼层、液体润滑相组成。2.根据权利要求1所述的一种含渗硼层的超低摩擦固
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液组合物，其特征在于，所述渗硼层硬度为Hv1200
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Hv3000，厚度为1
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200μm，含硼量6wt.％
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16.2wt.％。3.根据权利要求1所述的一种含渗硼层的超低摩擦固
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液组合物，其特征在于，所述液体润滑相为含羟基的液体润滑剂。4.根据权利要求3所述的一种含渗硼层的超低摩擦固
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液组合物，其特征在于，所述含羟基的液体润滑剂是指：由碳、氢、氧构成的化合物为基础液体介质，或者在所述基础液体介质中添加一种或多种化合物添加剂，所述化合物添加剂是含有碳、氢、氧、氮、磷、硫、金属元素中的一种或多种；其中，基础液体介质所占比例为60wt.％
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100wt.％。5.根据权利要求4所述的一种含渗硼层的超低摩擦固
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液组合物，其特征在于，所述基础液体介质是指：水、一元醇、二元醇或多元醇中的一种或多种的混合物。6.应用权利要求1
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5所述的一种含渗硼层的超低摩擦固
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液组合物减小工件...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴红星，尹绍冲，董建新，陈莹，史俊勤，花珂，王海丰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：