[发明专利]一种高耐磨自润滑的纳米复合材料涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种高耐磨自润滑的纳米复合材料涂层的制备方法，属于固体自润滑材料制备技术领域。本发明通过三辊研磨方法和聚乙烯吡络烷酮预处理方法制备出在环氧树脂中能够均匀分散的纳米级二氧化钛混合溶液，将石墨粉/短切碳纤维/硫化锌依次加入到上述混合溶液中，然后加入去泡剂和固化剂制得最终混合溶液，并将该混合溶液刷涂在钢基材上，一定条件固化成型，制得高耐磨自润滑的纳米复合材料涂层。本发明制备方法简单新颖、经济性好、操作方便、易于制备大规模高耐磨自润滑涂层，并且所制得的复合涂层均匀密实韧性高，表现出非常低的摩擦系数和比磨损率，应用范围广泛。

技术领域

本发明涉及一种高耐磨自润滑的纳米复合材料涂层的制备方法，属于固体自润滑材料制备技术领域。

背景技术

大多数工程部件的失效是由于材料表面的退化引起的，如疲劳、腐蚀和磨损。因此，表面工程对于开发具有最佳性能的新材料以适应恶劣环境(如航空、汽车工业、石油和石化)至关重要。钢的多种微观结构和低成本吸引了大多数商业合金的考虑，但有一个致命的缺陷，很容易腐蚀、磨损和疲劳，导致在高温、高载荷、高压等一些极端环境中不能满足安全要求，高耐磨自润滑涂层可以解决上述问题成为研究热点。

环氧树脂由于其优异的粘结和成膜性能，在工程应用中得到了广泛的应用，如表面涂层、埋地管道防腐、钢板粘接以及电子器件等，对树脂基体的力学性能和耐磨性能要求很高。环氧树脂的脆性缺陷限制了其在高韧性、耐久性能领域的大规模应用，而环氧树脂的改性是现代社会发展的需要。

目前，大量研究证实填充增强相和润滑相，如：碳纤维、碳纳米管，二硫化钼、聚四氟乙烯和石墨等可以改善环氧涂层的摩擦学性能。现有技术中，CN108753106A公开了一种纳米杂化材料改性环氧树脂自润滑复合涂层及其制备方法，加入碳纳米管/氧化石墨烯/二硫化钼等纳米杂化材料制备减摩抗磨涂层，CN101717064A公开了环氧树脂固体润滑涂层及其制备方法中，加入二硫化钼、氧化石墨等制备环氧固体润滑涂层。CN201051258A公开了水性环氧粘结固体润滑剂，通过加入石墨、蜡粉、二硫化钼、氧化铜等制备环氧固体润滑涂层。但是在现有技术下，固体润滑相在树脂基体中分散不均匀易分层，在润滑过程中易遭到破坏，从而影响固体润滑涂层的质量和使用寿命。因此，提供一种高耐磨自润滑的纳米复合材料涂层的制备方法是十分必要的。

发明内容

本发明为了解决上述现有复合涂层中存在的技术问题，提供一种高耐磨自润滑的纳米复合材料涂层的制备方法。

一种高耐磨自润滑的纳米复合材料涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，制备二氧化钛分散液；

步骤2，使用步骤1获得的二氧化钛分散液制备二氧化钛/环氧树脂分散液；

步骤3，将石墨粉、短切碳纤维和硫化锌加入到步骤2获得的二氧化钛/环氧树脂分散液中，搅拌均匀后加入去泡剂和固化剂，获得固化前混合溶液，并将混合溶液刷涂在钢基材上，固化成型，获得高耐磨自润滑的纳米复合材料涂层。

进一步地，步骤1的操作过程为：将二氧化钛加入到无水乙醇中，然后加入聚乙烯吡络烷酮，最后超声处理至均匀的混合液，得到二氧化钛分散液。

更进一步地，二氧化钛与无水乙醇的按照质量比为1:(1.5～2)混合，获得二氧化钛/乙醇溶液。

更进一步地，聚乙烯吡络烷酮的加入量为二氧化钛/乙醇溶液质量的0.5％。

进一步地，步骤2的操作过程为：将步骤1获得的二氧化钛分散液加入到环氧树脂中，超声分散搅拌至均匀，置于油浴锅中加热去除乙醇，然后研磨处理，获得内部无团聚的二氧化钛/环氧树脂分散液。

进一步地，采用三辊进行研磨处理，并且在研磨时采用玻璃棒引流，均匀定量铺在辊轴间，防止研磨不均匀。

更进一步地，油浴锅温度为100～120℃，加热去除乙醇时间为2～4h。