一种耐磨橡胶材料及制备方法技术

本发明专利技术属于橡胶材料技术领域，具体涉及一种耐磨橡胶材料及制备方法。耐磨橡胶材料包括基体、过渡层和功能层；基体为橡胶；功能层包括类金刚石薄膜和氮掺杂类金刚石薄膜，类金刚石薄膜和氮掺杂类金刚石薄膜交替堆叠。本发明专利技术提供的耐磨橡胶材料具有高韧性、高耐磨、高耐冲击的优点。本发明专利技术提供的耐磨橡胶材料的制备方法，过程环保、步骤简洁、成本低廉、具有工业化推广价值。推广价值。推广价值。

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨橡胶材料及制备方法


[0001]本专利技术属于橡胶材料
，具体涉及一种耐磨橡胶材料及制备方法。

技术介绍

[0002]橡胶密封件因其优异的密封性能，广泛应用于工程机械、航空航天、汽车、船舶等重大工程装备中。橡胶密封件与坚硬零部件接触摩擦时会产生较大的粘着摩擦力和滞后摩擦力，从而发生粘着磨损和磨粒磨损，导致橡胶密封件服役寿命缩减，进而影响工程机械装备性能，造成不可预估的危险。因此，高耐磨、高可靠、长寿命的橡胶密封件时国内外学界和工业界长期以来的追求目标。
[0003]现有提升橡胶密封件表面耐磨性的技术主要有设计密封系统结构、优化橡胶材料等手段。密封系统结构设计一般涉及到橡胶密封件安装槽的结构及尺寸优化与改进，在保证密封性能的同时，减少橡胶压缩率，延长橡胶密封件的使用寿命。优化橡胶材料一般橡胶材料本身材质和结构着手，减少橡胶表面摩擦磨损，降低橡胶密封件失效的可能性。设计密封系统结构及优化橡胶材料的手段往往受限于工程机械装备整体系统的设计，密封系统结构不能过多改变；橡胶材料优化成本较高，工艺复杂且难度大，导致橡胶密封件服役寿命的提升不能达到预期目标。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种耐磨橡胶材料，具有高韧性、高耐磨、高耐冲击的优点。
[0005]本专利技术的另一目的是提供一种耐磨橡胶材料的制备方法，过程环保、步骤简洁、成本低廉、具有工业化推广价值。
[0006]为解决现有技术的不足，本专利技术提供的技术方案为：
[0007]一种耐磨橡胶材料，依次包括基体、过渡层和功能层；
[0008]所述基体为橡胶；
[0009]所述功能层包括类金刚石薄膜和氮掺杂类金刚石薄膜，所述类金刚石薄膜和所述氮掺杂类金刚石薄膜交替堆叠。
[0010]优选的，所述基体为丁腈橡胶、聚氨酯、氟橡胶或硅橡胶中的一种。
[0011]优选的，所述过渡层为铬膜、钛膜或硅膜中的一种。
[0012]优选的，所述过渡层为铬膜。
[0013]优选的，所述铬膜的厚度为20～50nm。
[0014]优选的，所述功能层的最外层为氮掺杂类金刚石薄膜。
[0015]优选的，所述功能层的总厚度为80～340nm。
[0016]优选的，所述类金刚石薄膜单层的厚度为20～40nm。
[0017]优选的，所述氮掺杂类金刚石薄膜单层的厚度为20～40nm。
[0018]优选的，所述功能层的总层数为4～10层。
[0019]一种耐磨橡胶材料的制备方法，包括，
[0020]S1：对基体进行离子清洗；
[0021]S2：在基体表面制备过渡层：基体置于真空脉冲电弧镀膜设备的真空室内，惰性氛围，气压为0.05～0.1Pa下，打开阴极电弧离子源，激发铬靶，对基体进行过渡层沉积，所述阴极电弧离子源的电压为16～20V，电流为10～16A，沉积时间为5～10min；
[0022]S3：在过渡层表面制备功能层得到前述的耐磨橡胶材料；
[0023]所述功能层包括类金刚石薄膜和氮掺杂类金刚石薄膜，所述类金刚石薄膜和所述氮掺杂类金刚石薄膜交替堆叠；
[0024]所述类金刚石薄膜的制备方法包括，基体置于真空脉冲电弧镀膜设备的真空室内，抽真空使气压维持在0.04～0.1Pa，打开脉冲阴极电弧离子源，激发碳靶，所述脉冲阴极电弧离子源的电压为250～350V，脉冲频率为1～10Hz，脉冲次数为3000～8000；
[0025]所述氮掺杂类金刚石薄膜的制备方法包括，基体置于真空脉冲电弧镀膜设备的真空室内，通入流量为2～20sccm的氮气，抽真空使气压维持在0.04～0.1Pa，打开脉冲阴极电弧离子源，激发碳靶，所述脉冲阴极电弧离子源电压为250～350V，脉冲频率为1～10Hz，脉冲次数为3000～8000；
[0026]所述基体为橡胶。
[0027]优选的，还包括在对基体进行离子清洗前，对基体进行超声清洗和干燥。
[0028]优选的，所述步骤S1包括，
[0029]将基体放入真空脉冲电弧镀膜设备的真空室中，抽真空至2
×
10
‑2Pa以下，通入惰性气体使气压维持在0.1Pa，打开霍尔离子源对基体进行离子清洗，所述霍尔离子源的电压为2000～2500V，电流为50～70mA，离子清洗时间为5～10min。
[0030]优选的，所述类金刚石薄膜的制备方法中，所述脉冲阴极电弧离子源的电压为280～320V，所述脉冲频率为3～5Hz，所述脉冲次数为3000～4000。
[0031]优选的，所述氮掺杂类金刚石薄膜的制备方法中，所述氮气的流量为10～15sccm，所述脉冲阴极电弧离子源电压为280～320V，所述脉冲频率为3～5Hz，所述脉冲次数为3000～4000。
[0032]优选的，所述功能层的总层数为4～10层。
[0033]优选的，所述功能层的最外层为氮掺杂类金刚石薄膜。
[0034]优选的，所述基体为丁腈橡胶、聚氨酯、氟橡胶或硅橡胶中的一种。
[0035]本专利技术的有益效果：
[0036]1)本专利技术提供的耐磨橡胶材料的制备方法，利用真空电弧技术沉积过渡层铬；利用真空脉冲电弧技术及氮气辅助进行类金刚石薄膜、氮掺杂类金刚石薄膜“周期式”交替沉积形成功能层；最终制备以氮掺杂类金刚石薄膜为最外层的耐磨橡胶材料，过程环保、步骤简洁、具有工业化推广价值；
[0037]2)本专利技术提供的耐磨橡胶材料的制备方法，采用石墨靶制备功能层，相比化学气相沉积中使用乙炔、甲烷等气体制备类金刚石薄膜成本更为低廉；同时通过在橡胶表面制备过渡层和功能层来提升橡胶材料的耐磨性能相比对橡胶材料本身改性及新材料研发，成本低廉；
[0038]3)本专利技术提供的耐磨橡胶材料具有高耐磨、高耐冲击的特性，能够解决严苛工况
下橡胶密封件易磨损、形变、断裂的难题，提升其服役寿命。
附图说明
[0039]图1为实施例一制备的丁腈橡胶/Cr/DLC/N
‑
DLC/DLC/N
‑
DLC复合材料截面的透射电镜图；
[0040]图2为丁腈橡胶和实施例一制备的丁腈橡胶/Cr/DLC/N
‑
DLC/DLC/N
‑
DLC复合材料的摩擦系数曲线；
[0041]图3(a)为丁腈橡胶的磨痕形貌照片；
[0042]图3(b)为实施例一制备的丁腈橡胶/Cr/DLC/N
‑
DLC/DLC/N
‑
DLC复合材料的磨痕形貌照片；
[0043]图4为聚氨酯和实施例二制备的聚氨酯/Cr/DLC/N
‑
DLC/DLC/N
‑
DLC复合材料的摩擦系数曲线；
[0044]图5(a)为聚氨酯的磨痕形貌照片；
[0045]图5(b)为实施例二制备的聚氨酯/Cr/DLC/N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐磨橡胶材料，其特征在于，依次包括基体、过渡层和功能层；所述基体为橡胶；所述功能层包括类金刚石薄膜和氮掺杂类金刚石薄膜，所述类金刚石薄膜和所述氮掺杂类金刚石薄膜交替堆叠。2.根据权利要求1所述的一种耐磨橡胶材料，其特征在于，所述基体为丁腈橡胶、聚氨酯、氟橡胶或硅橡胶中的一种。3.根据权利要求1所述的一种耐磨橡胶材料，其特征在于，所述过渡层为铬膜、钛膜或硅膜中的一种。4.根据权利要求3所述一种耐磨橡胶材料，其特征在于，所述过渡层为铬膜。5.根据权利要求4所述一种耐磨橡胶材料，其特征在于，所述铬膜的厚度为20～50nm。6.根据权利要求1所述的一种耐磨橡胶材料，其特征在于，所述功能层的最外层为氮掺杂类金刚石薄膜。7.根据权利要求1所述的一种耐磨橡胶材料，其特征在于，所述功能层的总厚度为80～340nm。8.根据权利要求1所述的一种耐磨橡胶材料，其特征在于，所述类金刚石薄膜单层的厚度为20～40nm。9.根据权利要求1所述的一种耐磨橡胶材料，其特征在于，所述氮掺杂类金刚石薄膜单层的厚度为20～40nm。10.根据权利要求1所述的一种耐磨橡胶材料，其特征在于，所述功能层的总层数为4～10层。11.一种耐磨橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括，S1：对基体进行离子清洗；S2：在基体表面制备过渡层：基体置于真空脉冲电弧镀膜设备的真空室内，惰性氛围，气压为0.05～0.1Pa下，打开阴极电弧离子源，激发铬靶，对基体进行过渡层沉积，所述阴极电弧离子源的电压为16～20V，电流为10～16A，沉积时间为5～10min；S3：在过渡层表面制备功能层得到权利要求1～10中任意一项权利要求所述的耐磨橡胶材料；所述功能层包括类金刚石薄膜和氮掺杂类金刚石薄膜，所述类金刚石薄膜和所述氮掺杂类金刚石薄膜交替堆叠；所述类金刚石薄膜的制备方法包括，基体置于真空脉冲电弧镀膜设备的真空室内，抽真空使气压维持在0.04～0.1Pa，打开脉冲阴极电弧离子源，激发碳靶，所述脉冲阴极电弧离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭飞，蹤雪梅，冯森，李莎，
申请(专利权)人：江苏徐工工程机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：