一種膜-油復合潤滑方法
【專利摘要】一種膜?油復合潤滑方法，它涉及一種潤滑方法。它要解決現有固體膜潤滑或油潤滑單一使用時存在不能滿足高速高載工況及變化工況且固體膜潤滑時易磨損，混合使用時又存在原料選擇受限和潤滑效果不好的問題。方法：工件表面進行預處理后加工固體潤滑膜，在固體潤滑膜表面浸潤潤滑油或在固體潤滑膜摩擦界面注入潤滑油，即完成膜?油復合潤滑。本發明油潤滑將固體潤滑膜隔開，故能減緩固體膜的磨損，保護了固體潤滑膜從而延長了潤滑壽命，實現潤滑互補，通過固體膜承載，潤滑油潤滑與吸振實現潤滑協同；通過固體膜承載，固體膜上潤滑油流動實現散熱；工藝條件要求不高，應用范圍廣，且潤滑效果好。
【專利說明】
一種膜-油復合潤滑方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種潤滑方法。
【背景技術】
[0002]機械設備中的摩擦磨損不但增加能耗，造成巨大的經濟損失，而且降低設備壽命，增加安全隱患。潤滑技術是降低摩擦磨損的有效途徑，此外，潤滑技術還能降低噪音，能減少對工作人員的健康損傷。
[0003]潤滑油潤滑是最為常見的潤滑方式，潤滑油起到潤滑、冷卻、防銹和消除沖擊及載荷等作用。潤滑油適用于高速，然而潤滑油氧化安定性差、易蒸發、承受高載時油膜會遭破壞，使用溫度受限。
[0004]油潤滑不能滿足諸如重載、輻射等工作環境，固體膜潤滑拓展了潤滑領域，固體膜潤滑實際上就是利用固體微粉、薄膜或復合材料代替潤滑油脂，隔離相對運動的摩擦界面以達到減摩抗磨的一種技術。固體潤滑的優點是:(I)可以在不能使用潤滑油的運轉條件和環境條件下使用；(2)重量輕、體積小，不像使用潤滑油那樣需要密封和貯存；(3)時效變化小，保護管理費用低廉等。固體潤滑的缺點是:(I)摩擦系數比潤滑油和潤滑脂都大；(2)因壽命限制，不能用于總轉數非常高的旋轉機器；(3)冷卻效果比潤滑油差，摩擦部件的溫度容易升高；(4)有噪音和振動；(5)產生磨肩等。
[0005]單一的油潤滑或固體潤滑具有局限性，并不能滿足如下工況:(I)高速高載工況:油潤滑適用于高速低載，而固體潤滑適用于低速重載；(2)變化工況:實際工業生產中，機械設備的工況并非穩定，接觸面之間的滑動速度與載荷有明顯變化，此時單一的潤滑方式不適用。在高速低載時，油潤滑更適用，在低速重載時，固體潤滑更適用；(3)長時工況:因固體潤滑膜層較薄，如長時間摩擦會造成固體膜磨損嚴重，此時單一的固體潤滑不再適用。
[0006]現有關復合潤滑的專利涉及固液相復合型潤滑脂及制備方法，和固液復合型潤滑油添加劑的制備方法，并無涉及膜-油復合潤滑方法。中國發明專利ZL201210047675.2 “一種混合物潤滑的滾動軸承的制作方法及滾動軸承”中公開了聚醚類油和固體潤滑材料微粉的混合物作為潤滑劑注入軸承內腔，并沖壓防塵蓋制成耐高溫密封軸承;此為固-液相的混合潤滑方式，不同于膜-油復合潤滑方式，存在的問題為工藝條件要求高，僅適用于高溫工況，應用范圍窄。
【發明內容】
[0007]本發明目的是為了解決現有固體膜潤滑或油潤滑單一使用時存在不能滿足高速高載工況及變化工況且固體膜潤滑時易磨損，混合使用時又存工藝條件要求高、應用范圍窄的問題，而提供一種膜-油復合潤滑方法。
[0008]—種膜-油復合潤滑方法，過程如下:工件表面進行預處理，然后在工件表面上加工固體潤滑膜，再在固體潤滑膜表面浸潤潤滑油或在固體潤滑膜摩擦界面注入潤滑油，即完成膜-油復合潤滑；
[0009]所述固體潤滑膜為軟金屬膜、高分子材料膜、層狀結構物質膜、陶瓷膜中的一種或多種構成的復合膜;所述軟金屬膜為金、銀、鉛、錫或銦;所述高分子材料膜為尼龍、聚四氟乙烯或聚酰亞胺；所述層狀物質膜為石墨、二硫化鉬、二硫化鎢或氮化硼；所述陶瓷膜為Al203、Zr02、Si3N4、SiC、Ti02、WC或Cr2O3;所述潤滑油為I類油、2類油、3類油、4類油或5類油;所述I類油為全損耗系統油、深度精制油中的一種或兩種的任意比組合;所述2類油為雙龍S-150N、雙龍S-500N中的一種或兩種;所述3類油為YU3、YU4、YU6中的一種或幾種的任意比組合;所述4類油為聚α-烯烴合成油(PAO);所述5類油為多元醇脂、聚醚、硅油中的一種或幾種的任意比組合。
[0010]本發明的特點在于:
[0011 ] (I)單一潤滑為固體膜潤滑，潤滑脂潤滑及潤滑油潤滑方法;而本方法將潤滑油浸潤于固體膜表面實現復合潤滑，拓展了潤滑方法與思路。
[0012](2)固體潤滑膜雖然承載能力高，也具有較強的耐磨性，但沖擊載荷對固體膜會造成損傷，長期的磨損也會損傷固體膜，浸潤于固體膜摩擦界面的潤滑油不但能減少摩擦，而且會吸收振動，故能減緩固體膜的磨損，延長潤滑壽命。
[0013](3)固體膜適用于低速重載，而潤滑油膜適用于高速輕載，如工況從低速重載向高速輕載轉變時，固體膜潤滑與油潤滑先后發揮作用，使得潤滑更為合理，復合潤滑方式可彌補單一潤滑的不足。
[0014](4)固體膜潤滑摩擦系數高，油潤滑摩擦系數低，復合潤滑的方式使得固體膜潤滑與油潤滑均能發揮出各自的優勢，固體膜上形成一層潤滑油膜后，承載能力取決于固體膜，即硬質膜的屈服強度，而剪切則發生在軟膜層，取決于軟膜的抗切強度。固體膜剛度大，承載能力強，潤滑油剛度小，吸振能力強。
[0015](5)固體膜潤滑產生的熱量多，摩擦熱不能及時散出，不利于機械設備的正常工作，而單一的油潤滑承載能力有限，將潤滑油循環于固體潤滑膜界面，摩擦熱能及時冷卻或散出。
[0016]本發明的有益效果在于:
[0017](I)本發明使得潤滑方法通過固體膜潤滑-油潤滑復合潤滑的方式將單一潤滑進行拓展。
[0018](2)本發明用油潤滑將固體潤滑膜隔開，保護了固體潤滑膜從而延長了潤滑壽命。
[0019](3)本發明通過將適用于低速重載的固體膜潤滑與高速輕載油潤滑方法的統一，實現潤滑互補。
[0020](4)本發明通過固體膜承載，潤滑油潤滑與吸振實現潤滑協同。
[0021](5)本發明通過固體膜承載，固體膜上潤滑油流動實現散熱。
[0022](6)本發明膜-油復合潤滑方法，工藝條件要求不高，應用范圍廣，且潤滑效果好。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明膜-油復合潤滑方法的示意圖，其中I表示基體金屬1，2表示固體膜I，3表示潤滑油，4表示固體膜2，5表示基體金屬2 ；
[0024]圖2是實施例4中磨損前Al2O3陶瓷膜零件的圖片；
[0025]圖3是實施例4中經復合潤滑后Al2O3陶瓷膜零件的圖片；
[0026]圖4是實施例4中單一PAOlOO油潤滑下定載荷變轉速下的摩擦系數曲線圖；
[0027]圖5是實施例4中微弧氧化膜-PA0100油復合潤滑下定載荷變轉速下的摩擦系數曲線圖。
【具體實施方式】
[0028]本發明技術方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0029]【具體實施方式】一:本實施方式一種膜-油復合潤滑方法，過程如下:工件表面進行預處理，然后在工件表面上加工固體潤滑膜，再在固體潤滑膜表面浸潤潤滑油或在固體潤滑膜摩擦界面注入潤滑油，即完成膜-油復合潤滑；
[0030]所述固體潤滑膜為軟金屬膜、高分子材料膜、層狀結構物質膜、陶瓷膜中的一種或多種構成的復合膜;所述軟金屬膜為金、銀、鉛、錫或銦;所述高分子材料膜為尼龍、聚四氟乙烯或聚酰亞胺；所述層狀物質膜為石墨、二硫化鉬、二硫化鎢或氮化硼；所述陶瓷膜為Al203、Zr02、Si3N4、SiC、Ti02、WC或Cr2O3;所述潤滑油為I類油、2類油、3類油、4類油或5類油;所述I類油為全損耗系統油、深度精制油中的一種或兩種的任意比組合;所述2類油為雙龍S-150N、雙龍S-500N中的一種或兩種;所述3類油為YU3、YU4、YU6中的一種或幾種的任意比組合;所述4類油為聚α-烯烴合成油(PAO);所述5類油為多元醇脂、聚醚、硅油中的一種或幾種的任意比組合。
[0031]本實施方式中工件表面進行預處理、在工件表面上加工固體潤滑膜，均采用的常規方法。
[0032]本實施方式中膜-油復合潤滑方法適用于滾動摩擦、滑動摩擦或滾動滑動摩擦。
[0033]本實施方式中膜-油復合潤滑方法的示意圖見圖1。
[0034]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是，所述工件表面為齒輪齒面、軸承滾珠表面、軸承內圈表面或軸承外圈表面。其它步驟及參數與【具體實施方式】一相同。
[0035]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是，所述軟金屬膜制備方法為離子鍍法或離子注入法。其它步驟及參數與【具體實施方式】一或二相同。
[0036]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是，所述高分子材料膜制備方法為噴涂法。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0037]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是，所述陶瓷膜為Al2O3和WC的任意比復合膜。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0038]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是，所述陶瓷膜為Al2O3和Cr2O3的任意比復合膜。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0039]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是，所述全損耗系統油為6(^、15(^、25(^、35(^、40(^、50(^中的一種或幾種的任意比組合。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0040]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是，所述深度精制油為1505125051350514005150051650519085、12085、15085中的一種或幾種的任意比組合。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至七之一相同。
[0041]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同的是，所述聚α-烯烴合成油(PAO)為 ΡΑ04、ΡΑ08、ΡΑ012、ΡΑ020、ΡΑ040、ΡΑ060、ΡΑ080、ΡΑ0100、ΡΑ01000 中的一種或幾種的任意比組合。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至八之一相同。
[0042]采用以下實施例驗證本發明的有益效果:
[0043]實施例1:
[0044]一種膜-油復合潤滑方法，具體過程如下:
[0045]一、將鐵基材料加工為摩擦零件，對表面進行吹砂處理(Ra?2.00 ±0.2μπι)，然后置于超聲波清洗機中，以丙酮為清洗劑，清洗30min，晾干；
[0046]二、將聚酰亞胺溶解于氯仿與間甲酚的混合溶劑中，配置成質量濃度為10%_15%的聚酰亞胺膠體溶液，其中氯仿與間甲酚的的質量濃度為比為50%-60%，間甲酚的濃度為:30%-40;
[0047 ]三、將Mo S2顆粒(平均粒徑彡5μπι)用研缽研磨分散，然后加入到混合液中，Mo S2占聚酰亞胺膠體溶液總體積的3%，用超聲波儀器使之均勻分散，獲得聚酰亞胺-二硫化鉬涂料；
[0048]四、用噴槍將分散好的聚酰亞胺-二硫化鉬涂料噴于摩擦零件表面，厚度為70_90μm，然后在溫度為15-25°C、空氣相對濕度為40%-50%的環境靜止揮發l-2h，再置于烘箱烘中，在150-170 0C下烘烤0.5-lh,進行涂層固化，獲得聚酰亞胺-二硫化鉬固體膜；
[0049]五、用金相砂紙打磨聚酰亞胺-二硫化鉬固體膜，使其粗糙度Ra?0.Ιμπι;
[0050]七、選用650SN油，使其進入摩擦界面。
[0051]本實施例中采用試驗設備為MG-2000型高速高溫摩擦磨損試驗機進行試驗;轉速為600r/min，載荷400Ν，較之單一的聚酰亞胺-二硫化鉬膜潤滑，采用此膜-油復合潤滑方法，磨損率降低3倍，摩擦系數由0.3降低至0.08。較之單一的油潤滑，聚酰亞胺-二硫化鉬復合膜還具有抗腐蝕性。
[0052]實施例2:
[0053]—種膜-油復合潤滑方法，具體過程如下:
[0054]一、將鐵基材料加工為摩擦零件，對表面進行吹砂處理(Ra?2.00 ±0.2μπι)，然后置于超聲波清洗機中，以丙酮為清洗劑，清洗30min，晾干；
[0055]二、將聚酰亞胺溶解于氯仿與間甲酚的混合溶劑中，配置成質量濃度為10%_15%的聚酰亞胺膠體溶液，其中氯仿與間甲酚的的質量濃度為比為50%-60%，間甲酚的濃度為:30%-40;
[0056]三、將聚四氟乙烯顆粒(平均粒徑<5μπι)用研缽研磨分散，然后加入到混合液中，聚四氟乙烯占聚酰亞胺膠體溶液總體積的3%，用超聲波儀器使之均勻分散，獲得聚酰亞胺-聚四氟乙烯涂料；
[0057]四、用噴槍將分散好的聚酰亞胺-聚四氟乙烯涂料噴于摩擦零件表面，厚度為70-90μπι，然后在溫度為15-25°C、空氣相對濕度為40%-50%的環境靜止揮發l-2h，再置于烘箱烘中，在150-170°C下烘烤0.5-lh，進行涂層固化，獲得聚酰亞胺-聚四氟乙烯固體膜；
[0058]五、用金相砂紙打磨聚酰亞胺-聚四氟乙烯固體膜，使其粗糙度Ra?0.Ιμπι;
[0059]六、選用ΡΑ040油，使其進入摩擦界面。
[0060]本實施例中采用試驗設備為MG-2000型高速高溫摩擦磨損試驗機進行試驗;轉速為600r/min，載荷400Ν，較之單一的四氟乙烯潤滑，采用此膜-油復合潤滑方法，磨損率降低2倍，摩擦系數由0.26降低至0.08。較之單一的油潤滑，聚酰亞胺-四氟乙烯復合膜還具有抗沖擊性。
[0061 ] 實施例3:
[0062]—種膜-油復合潤滑方法，具體過程如下:
[0063]一、將鋁基零件加工為摩擦零件，對表面進行磨削處理至粗糙度0.5μπι以下，蒸餾水沖洗，然后置于超聲波清洗機中，以丙酮為清洗劑，清洗30min，晾干；
[0064]二、將加工好的摩擦零件放入盛有質量濃度為5%_10%的Na2S13-KOH電解液的渡槽中進行微弧氧化處理，獲得Al2O3陶瓷固體膜;工作方式選擇恒流方式，電流密度為5A/dm2，頻率為150HZ，正脈寬為1.0ms，負脈寬為1.5ms，處理時間為2h ；
[0065]三、四、微弧氧化處理后取出試件并晾干，然后用金相砂紙打磨Al2O3陶瓷固體膜，使其粗糙度Ra?0.1ym;
[0066]五、選用150BS油，使其進入摩擦界面。
[0067]本實施例中采用試驗設備為MG-2000型高速高溫摩擦磨損試驗機進行試驗;轉速為600r/min，載荷400N，較之單一的油潤滑，采用此膜-油復合潤滑方法，磨損率降低4-5倍。較之單一的微弧氧化膜間的摩擦，摩擦系數大大降低。
[0068]實施例4:
[0069]—種膜-油復合潤滑方法，具體過程如下:
[0070]一、將硬質鋁合金零件加工為環狀摩擦零件，對表面進行磨削處理至粗糙度0.5μπι以下，蒸餾水沖洗，然后置于超聲波清洗機中，以丙酮為清洗劑，清洗30min，晾干；
[0071 ] 二、將加工好的環狀摩擦零件放入盛有質量濃度為8%的Na2S13-KOH電解液的渡槽中進行微弧氧化處理，獲得Al2O3陶瓷固體膜;工作方式選擇恒流方式，電流密度為5A/dm2，頻率為150HZ，正脈寬為1.0ms，負脈寬為1.5ms，處理時間為2h ；
[0072]三、微弧氧化處理后取出試件并晾干，然后用金相砂紙打磨Al2O3陶瓷固體膜，使其粗糙度1^;^0.]^111(如圖2所示)；
[0073]四、選用PA0100，使其進入摩擦界面(如圖3所示)。
[0074]本實施方式膜-油復合潤滑與單一油潤滑對比:
[0075]采用試驗設備為MG-2000型高速高溫摩擦磨損試驗機；
[0076]單一油潤滑試驗:用硬質鋁合金加工成環狀摩擦試樣，潤滑油選用PA0100，載荷為4001^，轉速分別為4001'/111；[11、5001'/111；[11、6001'/111；[11、7001'/111；[11、8001'/111；[11，所得摩擦系數曲線為圖4，在不同轉速下所得平均摩擦系數為0.08、0.07、0.065、0.045、0.052;
[0077]膜-油復合潤滑試驗:用硬質鋁合金加工成環狀摩擦試樣，然后在其表面原位生成Al2O3陶瓷膜，潤滑油選用PA0100，載荷為400N，轉速分別為605N r/min、729r/min、828r/min、960r/min、1046r/min。所得摩擦系數曲線為圖5，在不同轉速下所得平均摩擦系數為
0.037、0.031、0.041、0.0415、0.044;
[0078]試驗得出此結果:即使在更高轉速下，鋁基Al2O3陶瓷膜-PA0100油潤滑相比于單一油潤滑具有更低的摩擦系數。
【主權項】
1.一種膜-油復合潤滑方法，其特征在于它的過程如下:工件表面進行預處理，然后在工件表面上加工固體潤滑膜，再在固體潤滑膜表面浸潤潤滑油或在固體潤滑膜摩擦界面注入潤滑油，即完成膜-油復合潤滑； 所述固體潤滑膜為軟金屬膜、高分子材料膜、層狀結構物質膜、陶瓷膜中的一種或多種構成的復合膜;所述軟金屬膜為金、銀、鉛、錫或銦;所述高分子材料膜為尼龍、聚四氟乙烯或聚酰亞胺;所述層狀物質膜為石墨、二硫化鉬、二硫化鎢或氮化硼;所述陶瓷膜為αι203、Zr02、Si3N4、SiC、Ti02、WC或Cr2O3;所述潤滑油為I類油、2類油、3類油、4類油或5類油;所述I類油為全損耗系統油、深度精制油中的一種或兩種的任意比組合；所述2類油為雙龍S-150N、雙龍S-500N中的一種或兩種;所述3類油為YU3、YU4、YU6中的一種或幾種的任意比組合;所述4類油為聚α-烯烴合成油;所述5類油為多元醇脂、聚醚、硅油中的一種或幾種的任意比組合。2.根據權利要求1所述的一種膜-油復合潤滑方法，其特征在于所述工件表面為齒輪齒面、軸承滾珠表面、軸承內圈表面或軸承外圈表面。3.根據權利要求1所述的一種膜-油復合潤滑方法，其特征在于所述軟金屬膜制備方法為離子鍍法或離子注入法。4.根據權利要求1所述的一種膜-油復合潤滑方法，其特征在于所述高分子材料膜制備方法為噴涂法。5.根據權利要求1所述的一種膜-油復合潤滑方法，其特征在于所述陶瓷膜為Al2O3和WC的任意比復合膜。6.根據權利要求1所述的一種膜-油復合潤滑方法，其特征在于所述陶瓷膜為Al2O3和Cr2O3的任意比復合膜。7.根據權利要求1所述的一種膜-油復合潤滑方法，其特征在于所述全損耗系統油為60N、150N、250N、350N、400N、500N中的一種或幾種的任意比組合。8.根據權利要求1所述的一種膜-油復合潤滑方法，其特征在于所述深度精制油為1505125051350514005150051650519(?5、12085、15085中的一種或幾種的任意比組入口 ο9.根據權利要求1所述的一種膜-油復合潤滑方法，其特征在于所述聚α-烯烴合成油為PA04、PA08、PA012、PA020、PA040、PA060、PA080、PA0100、PA01000 中的一種或幾種的任意比組合。
【文檔編號】F16N15/02GK105909963SQ201610236130
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月15日
【發明人】曲建俊, 牛明, 周寧寧, 王黎欽, 郜云波
【申請人】哈爾濱工業大學