本發(fā)明涉及水性環(huán)保型耐高溫自潤滑涂層技術(shù)，具體為一種水性環(huán)保型無機耐高溫自潤滑涂料及其制備方法與應(yīng)用，屬于精細(xì)化工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，摩擦無處不在，機器運轉(zhuǎn)速度和負(fù)荷的急劇增高導(dǎo)致摩擦副在工作過程中不可避免的產(chǎn)生能耗造成零部件的磨損，各種拉拔成形過程中存在摩擦過大導(dǎo)致成品表面粗糙等缺陷以及磨具的損傷。改善潤滑條件是解決磨損問題的關(guān)鍵。

常用的潤滑系統(tǒng)包括將固體潤滑劑如二硫化鎢、二硫化鉬、二硒化鎢、四氟乙烯、氟化石墨、石墨、硫化鉛和聚氮化硼等加入適當(dāng)?shù)挠椭兄瞥蓾櫥w系，但這些固化潤滑劑在潤滑油系統(tǒng)中分散穩(wěn)定性不好、易沉淀，進而影響使用效果。自潤滑涂層除了具有一般涂層的特性外，更重要的是在保證基體材料本身具有優(yōu)異力學(xué)性能的基礎(chǔ)上具有自潤滑、耐磨損等特殊性能，大大節(jié)約原材料并延長了設(shè)備的服役時間。

自潤滑涂層可分為金屬基、非金屬基和陶瓷基等3類。目前，自潤滑涂層的制備主要有燒結(jié)、熱噴涂、復(fù)合電鍍和化學(xué)鍍等方法。燒結(jié)法是將配好的料漿經(jīng)噴涂、浸涂等方法均勻涂于底材表面，在高溫下燒結(jié)而成，但存在燒結(jié)溫度高或耐高溫性能差以及圖表面質(zhì)量較差等缺點。以熱噴涂技術(shù)制備自潤滑涂層需要特殊的設(shè)備，并且對基材和涂層材料的組成有很大限制，常存在氣孔、夾雜和微裂紋等，很難保證涂層質(zhì)量。電鍍和化學(xué)鍍存在環(huán)境污染、鍍液維護困難等缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種水性環(huán)保型無機耐高溫自潤滑涂料及其制備方法與應(yīng)用，該涂料同時具有耐高溫和自潤滑的特點，具有良好的抗熱震性能，料無毒、無污染，有利于環(huán)保。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種水性環(huán)保型無機耐高溫自潤滑涂料，包括液態(tài)硅酸鹽、涂層強化劑、潤 滑劑、增稠劑、消泡劑以及蒸餾水，以重量份數(shù)計，涂料的組成為：

液體硅酸鹽：50～100份；涂層強化劑：0.5～20份；潤滑劑：5～80份；增稠劑：0.5～20份；消泡劑：0.01～5份；蒸餾水：20～100份。

所述的水性環(huán)保型無機耐高溫自潤滑涂料，液態(tài)硅酸鹽采用模數(shù)為3.0～4.0的硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸鋰、硅酸銨之一種或兩種以上組合。

所述的水性環(huán)保型無機耐高溫自潤滑涂料，涂層強化劑為三聚磷酸鋁、磷酸硅之一種或兩種組合，其粒徑為1～100μm。

所述的水性環(huán)保型無機耐高溫自潤滑涂料，潤滑劑為二硫化鉬、二硫化鎢之一種或兩種組合，其粒徑為1～100μm。

所述的水性環(huán)保型無機耐高溫自潤滑涂料，增稠劑為膨潤土、海藻酸鈉之一種或兩種組合，其粒徑為1～100μm。

所述的水性環(huán)保型無機耐高溫自潤滑涂料，消泡劑包括聚醚改性硅油消泡劑、乳液型有機硅消泡劑、高級脂肪醇類消泡劑中的一種或兩種以上組合。

所述的水性環(huán)保型無機耐高溫自潤滑涂料，以蒸餾水為溶劑調(diào)節(jié)涂料的粘度。

所述的水性環(huán)保型無機耐高溫自潤滑涂料的制備方法，首先，按比例稱取固體組分，預(yù)混合后在研磨粉碎機中以500～20000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌2～20分鐘后，得到均勻分散的固體組分；然后，按比例稱取均勻分散的固體組分和液體組分，邊攪拌邊加入固體組分于液體組分中，充分混合后加入蒸餾水，在高速攪拌機中以500～3000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5～20分鐘后，經(jīng)200目篩網(wǎng)過濾后即得到涂料。

所述的水性環(huán)保型無機耐高溫自潤滑涂料的應(yīng)用，采用噴涂、浸涂或刷涂后涂層在室溫至300℃的環(huán)境中固化1min～24h，即獲得耐高溫自潤滑涂層。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是：

1、本發(fā)明研制出了一種水性環(huán)保型無機耐高溫自潤滑涂層技術(shù)，涂料以水為溶劑，不含有機溶劑，無毒、無污染。

2、本發(fā)明中使用三聚磷酸鋁或磷酸硅強化涂層，使涂層具有良好的耐水性，以微米級的二硫化鉬或二硫化鎢為固體潤滑劑，提高涂層的潤滑性能。采用膨潤土或海藻酸鈉為增稠劑調(diào)節(jié)涂料的粘度以利于涂料適用于不同應(yīng)用場合。采用聚醚改性硅油消泡劑、乳液型有機硅消泡劑或高級脂肪醇類消泡劑抑制涂料生產(chǎn)和涂層制備過程中產(chǎn)生的起泡，保證了涂層的致密性。

3、本發(fā)明所述涂料可根據(jù)不同的場合實現(xiàn)從室溫～300℃的固化，所涉及的涂料應(yīng)用于鈦合金、碳鋼、不銹鋼等表面具有優(yōu)異的自潤滑性能以及良好的附著 力，同時具有耐高溫性能。

附圖說明

圖1為涂層微觀結(jié)構(gòu)；

圖2為涂層在900℃氧化2分鐘后的微觀形貌；

圖3為涂層彎曲試驗結(jié)果。

具體實施方式

在具體實施過程中，本發(fā)明水性環(huán)保型無機耐高溫自潤滑涂料，由液態(tài)硅酸鹽、涂層強化劑、潤滑劑、增稠劑、消泡劑以及蒸餾水構(gòu)成，液體硅酸鹽：50～100份；涂層強化劑：0.5～20份(優(yōu)選為5～10份)；潤滑劑：5～80份(優(yōu)選為20～60份)；增稠劑：0.5～20份(優(yōu)選為5～10份)；消泡劑：0.01～5份(優(yōu)選為0.1～2份)；蒸餾水：20～100份。以模數(shù)為3.0～4.0液態(tài)硅酸鹽為粘結(jié)劑，三聚磷酸鋁或磷酸硅為涂層強化劑，二硫化鉬或二硫化鎢為潤滑劑，膨潤土或海藻酸鈉為增稠劑，以聚醚改性硅油消泡劑、乳液型有機硅消泡劑、高級脂肪醇類消泡劑為消泡劑，消除涂料制備和涂層制備中產(chǎn)生的氣泡，并以蒸餾水為溶劑調(diào)節(jié)涂料的粘度。

上述涂料的制備方法為：按比例稱涂料中的各固體組分放入適當(dāng)?shù)娜萜髦校A(yù)混合后，在攪拌粉碎機中以500～20000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌2～20分鐘后，得到固體組分。按比例稱取液體組分和固體組分，首先將液體組分放入預(yù)混機中，邊攪拌邊加入固體組分，充分混合后在高速攪拌機中以500～3000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5～20分鐘后，經(jīng)200目篩網(wǎng)過濾后即得到涂料。

上述涂層的應(yīng)用過程為：采用噴涂、浸涂或刷涂的方式將涂料噴涂、零部件浸涂或刷涂到經(jīng)過噴砂處理或酸洗后的金屬零部件表面，在室溫～300℃的環(huán)境中保溫1min～24h，即獲得耐高溫自潤滑涂層，涂層厚度為5～200μm，涂裝涂層后的摩擦系數(shù)為0.1～0.25。

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明：

實施例1

稱取5kg模數(shù)為3.5的硅酸鉀，粒徑為50μm的三聚磷酸鋁粉0.02kg，粒徑為50μm的磷酸硅粉0.03kg，粒徑為50μm的二硫化鉬粉0.8kg、粒徑為20μm的二硫化鎢粉0.3kg，粒徑為50μm的膨潤土0.2kg，聚醚改性硅油消泡劑50g。預(yù)混合三聚磷酸鋁、磷酸硅粉、二硫化鉬粉、二硫化鎢粉和膨潤土，在攪拌粉碎機中以20000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌粉碎5分鐘后，得到均勻分散的固體組分。在容器內(nèi) 放入硅酸鉀，并加入聚醚改性硅油消泡劑，邊攪拌邊加入固體組分于混合液體中充分混合，加入6kg蒸餾水，在攪拌機中以2300rpm的轉(zhuǎn)速攪拌10分鐘后，經(jīng)200目篩網(wǎng)過濾后獲得涂料。采用浸涂的方式將經(jīng)過酸洗的TC4零件浸入涂料后取出，在200℃的高溫爐中保溫3分鐘后即得到耐高溫自潤滑涂層，涂層厚度為15μm。

所得到的涂層經(jīng)900℃氧化2分鐘后，涂層完好，涂層下的TC4鈦合金得到有效保護。涂層的柔韌性為1mm，涂裝涂層后的摩擦系數(shù)由TC4鈦合金的0.6降低為0.12。

如圖1所示，從涂層微觀結(jié)構(gòu)可以看出，涂層與鈦合金基體結(jié)合良好，涂層結(jié)構(gòu)致密，無微裂紋等缺陷。如圖2所示，從涂層在900℃氧化2分鐘后的微觀形貌可以看出，涂層保持完整，涂層下的鈦合金未發(fā)生氧化，涂層對鈦合金具有優(yōu)異的防護作用。如圖3所示，從涂層彎曲試驗結(jié)果可以看出，涂層具有良好的韌性和抗彎曲性能。

實施例2

稱取3kg模數(shù)為3.5的硅酸鉀，5kg模數(shù)為4.0的硅酸鈉，粒徑為20μm的磷酸硅粉0.1kg，粒徑為10μm的二硫化鉬粉2.0kg、粒徑為30μm的二硫化鎢粉3.0kg，粒徑為30μm的海藻酸鈉0.6kg，乳液型有機硅消泡劑60g。預(yù)混合磷酸硅粉、二硫化鉬粉、二硫化鎢粉和海藻酸鈉粉，在攪拌粉碎機中以500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌粉碎8分鐘后，得到均勻分散的固體組分。在容器內(nèi)放入硅酸鉀和硅酸鈉，并加入乳液型有機硅消泡劑，邊攪拌邊加入固體組分于混合液體中充分混合，加入12kg蒸餾水，在攪拌機中以3000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5分鐘后，經(jīng)200目篩網(wǎng)過濾后獲得涂料。采用噴涂的方式在經(jīng)過噴砂處理的Q235碳鋼表面制備涂層，在室溫環(huán)境中放置24h以上，即得到耐高溫自潤滑涂層，涂層厚度為60μm。

所得到的涂層經(jīng)400℃氧化20h后，涂層完好，涂層下的Q235碳鋼得到有效保護。涂層的柔韌性為1mm，涂裝涂層后的摩擦系數(shù)由Q235碳鋼的0.7降低為0.15。

實施例3

稱取30kg模數(shù)為3.0的硅酸鈉，20kg模數(shù)為4.0的硅酸鋰，粒徑為10μm的三聚磷酸鋁5.0kg，粒徑為10μm的磷酸硅粉8.0kg，粒徑為10μm的二硫化鉬粉20kg、粒徑為30μm的二硫化鎢粉25kg，粒徑為10μm的海藻酸鈉6kg，C16-18醇1kg。預(yù)混合三聚磷酸鋁粉、磷酸硅粉、二硫化鉬粉、二硫化鎢粉和海藻酸鈉 粉，在攪拌粉碎機中以8000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌粉碎15分鐘后，得到均勻分散的固體組分。在容器內(nèi)放入硅酸鈉和硅酸鋰，并加入C16-18醇，邊攪拌邊加入固體組分于混合液體中充分混合，加入100kg蒸餾水，在攪拌機中以1500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌15分鐘后，經(jīng)200目篩網(wǎng)過濾后獲得涂料。采用噴涂的方式在經(jīng)過噴砂處理的304不銹鋼表面制備涂層，在室溫環(huán)境中放置24h以上，即得到耐高溫自潤滑涂層，涂層厚度為150μm。

所得到的涂層經(jīng)500℃氧化10h后，涂層完好，涂層下的304不銹鋼得到有效保護。涂層的柔韌性為1mm，涂裝涂層后的摩擦系數(shù)由304不銹鋼的0.32降低為0.11。

實施例4

稱取10kg模數(shù)為3.0的硅酸銨，5kg模數(shù)為4.0的硅酸鋰，粒徑為30μm的三聚磷酸鋁4.0kg，粒徑為1μm的二硫化鉬粉13kg，粒徑為30μm的海藻酸鈉3kg，月桂醇消泡劑0.14kg。預(yù)混合三聚磷酸鋁粉、二硫化鉬粉和海藻酸鈉粉，在攪拌粉碎機中以3000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌粉碎15分鐘后，得到均勻分散的固體組分。在容器內(nèi)放入硅酸銨和硅酸鋰，并加入月桂醇消泡劑，邊攪拌邊加入固體組分于混合液體中充分混合，加入5kg蒸餾水，在攪拌機中以500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌20分鐘后，經(jīng)200目篩網(wǎng)過濾后獲得涂料。采用刷涂的方式在經(jīng)過噴砂處理的LY12鋁合金表面制備涂層，在150℃電爐中保溫2h，即得到耐高溫自潤滑涂層，涂層厚度為80μm。

所得到的涂層經(jīng)200℃氧化24h后，涂層完好，涂層下的LY12鋁合金得到有效保護。涂層的柔韌性為1mm，涂裝涂層后的摩擦系數(shù)由LY12鋁合金的0.63降低為0.16。

實施例5

稱取2.0kg模數(shù)為3.2的硅酸鉀，3.0kg模數(shù)為3.0的硅酸鋰，1.0kg模數(shù)為3.8的硅酸鈉，0.5kg模數(shù)為3.0的硅酸銨，粒徑為40μm的磷酸硅粉0.85kg，粒徑為30μm的二硫化鎢粉5kg，粒徑為40μm的膨潤土1kg，聚醚改性硅油消泡劑0.16kg和乳液型有機硅消泡劑0.1kg。預(yù)混合磷酸硅粉、二硫化鎢粉和膨潤土，在攪拌粉碎機中以2000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌粉碎10分鐘后，得到均勻分散的固體組分。在容器內(nèi)放入硅酸鉀、硅酸鋰、硅酸鈉和硅酸銨，并加入聚醚改性硅油消泡劑和乳液型有機硅消泡劑，邊攪拌邊加入固體組分于混合液體中充分混合，加入4.1kg蒸餾水，在攪拌機中以1500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌20分鐘后，經(jīng)200目篩網(wǎng)過濾后獲得 涂料。采用噴涂的方式在經(jīng)過噴砂處理的5CrMnMo鋼表面制備涂層，在300℃電爐中保溫1h，即得到耐高溫自潤滑涂層，涂層厚度為40μm。

所得到的涂層經(jīng)350℃氧化24h后，涂層完好，涂層下的5CrMnMo鋼得到有效保護。涂層的柔韌性為1mm，涂裝涂層后的摩擦系數(shù)由5CrMnMo鋼的0.53降低為0.15。

實施例6

稱取5kg模數(shù)為3.6的硅酸鈉，粒徑為60μm的三聚磷酸鋁粉0.05kg，粒徑為50μm的二硫化鉬粉0.52kg，粒徑為60μm的海藻酸鈉0.02kg，粒徑為60μm的膨潤土0.04kg，聚醚改性硅油消泡劑0.001kg。預(yù)混合三聚磷酸鋁粉、二硫化鉬粉、海藻酸鈉和膨潤土，在攪拌粉碎機中以600rpm的轉(zhuǎn)速攪拌粉碎3分鐘后，得到均勻分散的固體組分。在容器內(nèi)放入硅酸鈉，并加入聚醚改性硅油消泡劑，邊攪拌邊加入固體組分于混合液體中充分混合，加入6kg蒸餾水，在攪拌機中以800rpm的轉(zhuǎn)速攪拌15分鐘后，經(jīng)200目篩網(wǎng)過濾后獲得涂料。采用刷涂的方式在經(jīng)過噴砂處理的15Mn鋼表面制備涂層，在260℃電爐中保溫1h，即得到耐高溫自潤滑涂層，涂層厚度為120μm。

所得到的涂層經(jīng)400℃氧化100h后，涂層完好，涂層下的15Mn鋼得到有效保護。涂層的柔韌性為1mm，涂裝涂層后的摩擦系數(shù)由15Mn鋼的0.62降低為0.13。

實施例7

稱取20kg模數(shù)為3.0的硅酸銨，粒徑為20μm的磷酸硅粉2.0kg，粒徑為20μm的二硫化鎢粉10kg，粒徑為20μm的二硫化鉬粉5kg，粒徑為20μm的海藻酸鈉3kg，乳液型有機硅消泡劑0.25kg，辛醇0.15kg。預(yù)混合磷酸硅粉、二硫化鉬粉、二硫化鎢粉和海藻酸鈉，在攪拌粉碎機中以12500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌粉碎2分鐘后，得到均勻分散的固體組分。在容器內(nèi)放入硅酸銨，并加入乳液型有機硅消泡劑和辛醇，邊攪拌邊加入固體組分于混合液體中充分混合，加入8kg蒸餾水，在攪拌機中以1200rpm的轉(zhuǎn)速攪拌7分鐘后，經(jīng)200目篩網(wǎng)過濾后獲得涂料。采用噴涂的方式在經(jīng)過噴砂處理的321不銹鋼表面制備涂層，在室溫環(huán)境中放置24h以上，即得到耐高溫自潤滑涂層，涂層厚度為200μm。

所得到的涂層經(jīng)700℃氧化80h后，涂層完好，涂層下的321不銹鋼得到有效保護。涂層的柔韌性為1mm，涂裝涂層后的摩擦系數(shù)由321不銹鋼的0.38降低為0.11。

實施例8

稱取15kg模數(shù)為3.8的硅酸鋰，粒徑為70μm的磷酸硅粉3.6kg，粒徑為70μm的二硫化鎢粉14.8kg，粒徑為70μm的膨潤土3.1kg，聚醚改性硅油消泡劑0.6kg。預(yù)混合磷酸硅粉、二硫化鎢粉和膨潤土，在攪拌粉碎機中以2500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌粉碎4分鐘后，得到均勻分散的固體組分。在容器內(nèi)放入硅酸鋰，并加入聚醚改性硅油消泡劑，邊攪拌邊加入固體組分于混合液體中充分混合，加入6kg蒸餾水，在攪拌機中以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌12分鐘后，經(jīng)200目篩網(wǎng)過濾后獲得涂料。采用浸涂的方式在經(jīng)過酸洗處理的316L不銹鋼表面制備涂層，在50℃烘箱中保溫12h，即得到耐高溫自潤滑涂層，涂層厚度為25μm。

所得到的涂層經(jīng)700℃氧化48h后，涂層完好，涂層下的316L不銹鋼得到有效保護。涂層的柔韌性為1mm，涂裝涂層后的摩擦系數(shù)由316L不銹鋼的0.34降低為0.17。

實施例結(jié)果表明，通過該工藝得到的耐高溫自潤滑涂層技術(shù)具有良好的耐高溫性能和自潤滑性能，易于控制，適合工業(yè)化生產(chǎn)，具有無毒、無污染的特性，有利于環(huán)境保護。

另外，以上所述，僅是本發(fā)明較佳可行的實施例而已，不能以此局限本發(fā)明之權(quán)利范圍，所述耐高溫自潤滑涂料可以用于鈦合金、鋁合金和鋼鐵材料等制件，還可應(yīng)用于其它類型的金屬材料(如：銅合金、鎂合金和高溫合金等部件)的熱防護和自潤滑。因此，依本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)思路做出其它各種相應(yīng)的改變和變形，仍屬本發(fā)明所涵蓋的保護范圍之內(nèi)。