[发明专利]水性石墨基高温粘结固体润滑剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了水性石墨基高温粘结固体润滑剂及其制备方法和应用。其中，水性石墨基高温粘结固体润滑剂包括：8～25wt％的润滑主剂、1～5wt％的分散剂、4～16wt％的粘结剂和60～80wt％的水；其中，所述润滑主剂包括石墨和二氧化硅；所述分散剂包括硅烷偶联剂、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠中的至少之一；所述粘结剂包括水性聚酰胺酰亚胺、无机磷酸盐、水玻璃中的至少之一。该水性石墨基高温粘结固体润滑涂剂具有优异的减摩抗磨性能、宽温度适用范围、常温固化、涂层后处理简单、环境友好以及避免工件高温氧化等特点。

技术领域

本发明涉及摩擦学领域，具体而言，本发明涉及水性石墨基高温粘结固体润滑剂及其制备方法和应用。

背景技术

粘结固体润滑涂层(又称干润滑膜)，通常定义为具有固有润滑性能的固体材料，是将固体润滑剂分散于有机或无机粘结剂体系中，再用类似于油漆的涂装工艺在摩擦部件表面上成膜以降低摩擦磨损的一种新型润滑技术，是随着航空航天等现代高新技术产业发展而发展起来的。

粘结固体润滑涂层不仅经济、操作简单，而且具有优异的抗磨减摩性能、低的摩擦系数和较宽的温度适用范围，通常用于解决一些特殊摩擦学问题，尤其是在流体润滑剂无效或不能满足需要的应用中的润滑问题。自1946年美国NASA研制出第一种含二硫化钼的有机粘结固体润滑涂层后，因其性能独特，有关这一类材料的研究和应用均得到了迅速的发展。我国从20世纪60年代就开始了粘结固体润涂层的研究，先后研制了几十个品种的粘结固体润滑涂层材料，在航空航天等军工高技术领域和民用机械工业等领域得到了广泛的应用，在解决一系列特殊工况下的润滑与防护难题方面发挥了重要作用，并成功应用于一系列特殊工矿如高温、高负荷、高真空、原子氧等条件下的润滑领域。与油润滑剂相比，粘结固体膜润滑剂具有更高的承载能力，一些粘结的固体润滑膜是润滑油的十倍。

挤压成形是一种少无切削的金属塑形加工工艺。挤压时，由于坯料与挤压筒的相对滑动而产生较大的摩擦力，会造成金属流动不均匀，使表层与中心部分的组织性能差异性大。另外，也会增加挤压能耗，一般情况下，挤压能耗的30％～40％耗费在挤压筒内表面的摩擦上；由于强烈的摩擦发热作用，加快了挤压模具的磨损。因此，需要采取合理的润滑涂层对其进行润滑保护。热挤压成形，因金属坯料加热至再结晶温度以上，从而大大降低了坯料的变形抗力，但由于高温加热，坯料表面容易产生氧化、脱碳等缺陷，产品的尺寸精度和表面质量也有所降低。因此，热挤压成形过程中的润滑主要包括模具润滑和坯料润滑。但是模具对挤压制品的表面有抛光作用，过量或不恰当的润滑剂的使用会使制品表面的粗糙度增大。由于加热温度高，坯料润滑较为困难。通常要求润滑剂具有较高的热稳定性和保温绝热性。

石墨作为固体润滑剂由于低成本和优异的润滑性能而被广泛关注和研究。粘结石墨基固体润滑涂层在大气环境下具有良好的抗磨减摩性能和成本低廉的特点。在氧气存在的条件下，石墨会在低于400℃的温度下开始氧化生成二氧化碳(CO₂)，从而导致材料结构性能显着下降。一般情况下，石墨基的粘结固体润滑剂是在低于500℃或常温工况下使用，高于500℃采用软金属包覆的方式进行润滑，而650℃以上则要使用玻璃润滑剂，但不同组分的玻璃润滑剂的使用温度范围较窄，需要根据具体工况温度复配不同的玻璃润滑剂。

因此，亟需开发一种能在宽温度范围内使用的石墨基粘结固体润滑涂层。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出水性石墨基高温粘结固体润滑剂及其制备方法和应用。该水性石墨基高温粘结固体润滑涂剂具有优异的减摩抗磨性能、宽温度适用范围、常温固化、涂层后处理简单、环境友好以及避免工件高温氧化等特点。