一種具有優(yōu)異抗磨性能的聚酰亞胺/氟化石墨烯復(fù)合耐磨涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種復(fù)合涂層及其制備方法，具體涉及一種具有優(yōu)異抗磨性能的聚酰亞胺/氟化石墨烯復(fù)合耐磨涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種超級工程材料，聚酰亞胺以其優(yōu)異的機(jī)械性能、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕以及耐磨損等性能而被廣泛的應(yīng)用于航空工業(yè)和微電子等領(lǐng)域。近年來，為了進(jìn)一步提升聚酰亞胺的耐磨損性能以滿足市場的更高要求，各種固體潤滑劑被添加到聚酰亞胺基體中以獲得更加優(yōu)異的減摩抗磨性能。如日本道康寧亞洲株式會社將聚四氟乙烯、二硫化鉬、石墨和碳化硅等材料添加到熱固性聚酰亞胺基體中，制備得到了用于滑動(dòng)件的涂料復(fù)合物。浙江長盛滑動(dòng)軸承有限公司也通過使用添加劑成功制得了熱固性聚酰亞胺耐磨自潤滑斜盤。
[0003]現(xiàn)有的術(shù)方案雖然有效地增強(qiáng)了聚酰亞胺的耐磨損性能，然而一個(gè)不容忽視的問題就是所添加的固體潤滑填料量較大，大量的固體潤滑填料的加入不可避免的會發(fā)生團(tuán)聚，從而影響基體材料的力學(xué)性能，限制了材料的使用領(lǐng)域，同時(shí)也造成了大量的資源浪費(fèi)。
[0004]氟化石墨烯作為石墨烯的新型衍生物，既保持了石墨烯高強(qiáng)度的性能，又因氟原子的引入帶來了表面能降低、疏水性增強(qiáng)及帶隙展寬等新穎的界面和物理化學(xué)性能。同時(shí)，氟化石墨烯耐高溫、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，表現(xiàn)出類似聚四氟乙烯的性質(zhì)，被稱之為“二維特氟龍”。氟化石墨烯這些獨(dú)特的性能使其在界面、新型納米電子器件、潤滑材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)而提出的，其目的是提供一種具有優(yōu)異抗磨性能的聚酰亞胺/氟化石墨烯復(fù)合耐磨涂層及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種具有優(yōu)異抗磨性能的聚酰亞胺/氟化石墨烯復(fù)合耐磨涂層，包括金屬基底和涂覆于金屬基底上的復(fù)合耐磨涂層，所述金屬基底為通過機(jī)械加工的鐵基材料，所述復(fù)合耐磨涂層組成成分按重量百分含量包括:
聚酰亞胺99%?99.9%;
固體潤滑劑0.1%?1%;
所述固體潤滑劑是氟化石墨烯片。
[0007]所述氟化石墨稀片的厚度為納米級。
[0008]—種具有優(yōu)異抗磨性能的聚酰亞胺/氟化石墨烯復(fù)合耐磨涂層的制備方法，包括以下步驟:
(i)復(fù)合耐磨涂料的制備在低溫下，將一定量的單體4,4-二氨基二苯醚加入非質(zhì)子極性溶劑中，待單體4,4-二氨基二苯醚完全溶解后，加入氟化石墨烯片;再加入與單體4，4-二氨基二苯醚等摩爾量的單體均苯四甲酸酐，攪拌，即得復(fù)合耐磨涂料；
(? )復(fù)合耐磨涂層的涂覆
將步驟(i)所得復(fù)合耐磨涂料按0.1?0.2 mL/cm2的配比于室溫環(huán)境下在金屬基底上進(jìn)行刷涂，涂層表面均勻無氣泡；
(m)復(fù)合耐磨涂層的燒結(jié)
首先將步驟(? )所得復(fù)合耐磨涂層放入真空干燥箱內(nèi)，于60°C?80°C下干燥6h;然后再放入烘箱中，于80°C下燒結(jié)2h;升溫至135°C再燒結(jié)2h;再升溫至300°C燒結(jié)2h，即得聚酰亞胺/氟化石墨烯復(fù)合耐磨涂層。
[0009]所述低溫為-10°025°C。
[0010]所述非質(zhì)子極性溶劑為N，N_二甲基乙酰胺。
[0011 ]所述步驟(i)加入氟化石墨烯片的質(zhì)量為單體4，4-二氨基二苯醚和單體均苯四甲酸酐質(zhì)量之和的0.1%?1%。
[0012]所述步驟(i)非質(zhì)子極性溶劑與單體4，4_二氨基二苯醚以及單體均苯四甲酸酐的摩爾比為32:1:1。
[0013]所述步驟(i)攪拌時(shí)間為4?1h
所述步驟(m)中燒結(jié)時(shí)由80°C升溫至135°C歷時(shí)lh，由135°C升溫至300°C歷時(shí)I?2h。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明復(fù)合耐磨涂層以聚酰亞胺為基體，添加氟化石墨烯制成自潤滑復(fù)合耐磨涂層后，在三種工況條件下其抗磨損性能遠(yuǎn)優(yōu)于純的聚酰亞胺涂層;所使用固體潤滑劑氟化石墨烯片的添加量很少，有效節(jié)約了資源，避免團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生;制備工藝簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適用于工業(yè)化推廣。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明復(fù)合耐磨涂層照片；
圖2復(fù)合耐磨涂層干摩擦條件下的磨損表面照片；
圖3復(fù)合耐磨涂層在水潤滑條件下的磨損表面照片；
圖4復(fù)合耐磨涂層在油潤滑條件下的磨損表面照片。
[0016]其中:a為純聚酰亞胺涂層，b~e依次氟化石墨烯含量為0.25%、0.5%、0.75%和1%的聚酰亞胺復(fù)合涂層。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明聚酰亞胺/氟化石墨烯復(fù)合耐磨涂層及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明:
實(shí)施例1
一種具有優(yōu)異抗磨性能的聚酰亞胺/氟化石墨烯復(fù)合耐磨涂層的制備方法，包括以下步驟:
(i)復(fù)合耐磨涂料的制備在O?5°C下，將一定量的單體4，4_二氨基二苯醚加入N，N-二甲基乙酰胺中，待單體4，4-二氨基二苯醚完全溶解后，加入氟化石墨烯片;再加入與單體4，4-二氨基二苯醚等摩爾量的單體均苯四甲酸酐，攪拌，即得復(fù)合耐磨涂料，加入氟化石墨烯片的質(zhì)量為單體4，4_二氨基二苯醚和單體均苯四甲酸酐質(zhì)量之和的0.25%，N，N-二甲基乙酰胺與單體4，4_二氨基二苯醚以及單體均苯四甲酸酐的摩爾比為32:1:1;
(? )復(fù)合耐磨涂層的涂覆
將步驟(i)所得復(fù)合耐磨涂料按0.15 mL/cm2的配比于室溫環(huán)境下在金屬基底上進(jìn)行刷涂，涂層表面均勻無氣泡；
(m)復(fù)合耐磨涂層的燒結(jié)
首先將步驟(? )所得復(fù)合耐磨涂層放入真空干燥箱內(nèi)，于80°C下干燥6h;然后再放入烘箱中，于80°C下燒結(jié)2h;歷時(shí)Ih升溫至135°C，于135°C下再燒結(jié)2h;再歷時(shí)Ih升溫至3000C，于300°C下燒結(jié)2h，即得聚酰亞胺/氟化石墨烯復(fù)合耐磨涂層，如圖1中b所示。
[0018]實(shí)施例2
在O?5°C下，將一定量的單體4，4_二氨基二苯醚加入N，N-二甲基乙酰胺中，待單體4，4-二氨基二苯醚完全溶解后，加入氟化石墨烯片;再加入與單體4，4-二氨基二苯醚等摩爾量的單體均苯四甲酸酐，攪拌，即得復(fù)合耐磨涂料，加入氟化石墨烯片的質(zhì)量為單體4，4_二氨基二苯醚和單體均苯四甲酸酐質(zhì)量之和的0.5%，N，N-二甲基乙酰胺與單體4，4_ 二氨基二苯醚以及單體均苯四甲酸酐的摩爾比為32:1:1;
(? )復(fù)合耐磨涂層的涂覆
將步驟(i)所得復(fù)合耐磨涂料按0.15 mL/cm2的配比于室溫環(huán)境下在金屬基底上進(jìn)行刷涂，涂層表面均勻無氣泡；
(m)復(fù)合耐磨涂層的燒結(jié)
首先將步驟(? )所得復(fù)合耐磨涂層放入真空干燥箱內(nèi)，于80°C下干燥6h;然后再放入烘箱中，于80°C下燒結(jié)2h;歷時(shí)Ih升溫至135°C，于135°C下再燒結(jié)2h;再歷時(shí)Ih升溫至3000C，于300°C下燒結(jié)2h，即得聚酰亞胺/氟化石墨烯復(fù)合耐磨涂層，如圖1中c所示。
[0019]實(shí)施例3
在O?5°C下，將一定量的單體4，4_二氨基二苯醚加入N，N-二甲基乙酰胺中，待單體4，4-二氨基二苯醚完全溶解后，加入氟化石墨烯片;再加入與單體4，4-二氨基二苯醚等摩爾量的單體均苯四甲酸酐，攪拌，即得復(fù)合耐磨涂料，加入氟化石墨烯片的質(zhì)量為單體4，4_二氨基二苯醚和單體均苯四甲酸酐質(zhì)量之和的0.75%，N，N-二甲基乙酰胺與單體4，4_ 二氨基二苯醚以及單體均苯四甲酸酐的摩爾比為32:1:1;
(? )復(fù)合耐磨涂層的涂覆
將步驟(i)所得復(fù)合耐磨涂料按0.15 mL/cm2的配比于室溫環(huán)境下在金屬基底上進(jìn)行刷涂，涂層表面均勻無氣泡；
(m)復(fù)合耐磨涂層的燒結(jié)
首先將步驟(? )所得復(fù)合耐磨涂層放入真空干燥箱內(nèi)，于80°C下干燥6h;然后再放入烘箱中，于80°C下燒結(jié)2h;歷時(shí)Ih升溫至135