本发明属于材料技术领域，涉及一种气浮轴承用复合聚酰亚胺薄膜及其制备方法。
背景技术
聚酰亚胺的基本特征是其具有高耐温性、抗腐蚀、耐辐射、耐水性等，具有很好的耐环境特性。研究表明，聚酰亚胺材料具很高的机械强度和化学稳定性，能够适应各种苛刻的环境中对于材料性能的要求。近年来聚酰亚胺及其复合材料的力学理论、制备技术、结构分析手段等逐步完善和进步，获得了广泛的应用。其中热固性聚酰亚胺在航空、舰船等重工业领域有着重要的应用。而热塑性聚酰亚胺则具有更为突出的耐冲击、耐疲劳、抗老化性能得到越来越多的关注。
气体轴承是一种以气体作为润滑剂的滑动轴承。也称为静压气浮轴承。它是随着原子能、航天技术、微电子学、信息技术及生物工程等新兴科学技术的发展而发展起来的一门新技术。与传统的滚动轴承或油膜润滑轴承相比，气体润滑技术凭借着高转速、无污染和无温度使用限制等优越性，逐渐以一种高效节能的润滑方案被广大业者所认可。目前静压气浮轴承通常采用跨立式组合支撑技术来满足应用需求，但该支撑技术存在着如供气调节复杂，结构不紧凑等一系列固有问题制约着该支撑技术的使用效果。在精密机械中，某些转子部件需要极高的运动速度，并且需要频繁变速，这就要求定子转子间的配合十分精密。这些因素决定了转子配合面需要采用一定的润滑手段，而目前偏向于采用薄膜润滑、混合润滑和喷射润滑等方式。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种气浮轴承用复合聚酰亚胺薄膜及其制备方法。
本发明所述气浮轴承用复合聚酰亚胺薄膜的使用可以很好地解决气浮轴承气流不稳定性导致的轴与轴颈之间的摩擦与碰撞。在轴承运行时，复合聚酰亚胺薄膜的存在使得摩擦过程中对偶面形成均匀和粘结力较好的转移膜，起到了减摩抗磨的作用，达到保护气浮轴承轴与轴颈之间摩擦与碰撞的作用。
本发明所述薄膜由粘结剂、固体润滑剂、防腐添加剂、耐磨添加剂、表面活性剂以及分散介质组成；粘结剂选用聚酰胺酸树脂；固体润滑剂为聚四氟乙烯；氟化稀土为防腐添加剂；氧化铅、氮化硼和氧化锆为耐磨添加剂；十六烷基三甲基溴化铵、氟碳表面活性剂的一种或几种为表面活性剂；分散介质选用混合有机溶剂。
一种气浮轴承用复合聚酰亚胺薄膜，其特征在于该薄膜由a组分和混合有机溶剂组成；所述a组分的组成及所占的重量份数为聚酰胺酸树脂40~65、聚四氟乙烯25~35、氟化稀土1~3、氧化铅0.5~2、氮化硼0.5~1、氧化锆0.5~1、表面活性剂0.01~1；混合有机溶剂的加入量为a组分重量的1~1.5倍。
所述聚酰胺酸树脂的结构式为：
其中r代表亚甲基，n为20至30的整数。
所述聚四氟乙烯的纯度大于98%，粒度在5微米以下。
所述氟化稀土为氟化镧、氟化铈中的一种或几种，粒度小于5微米。
所述氧化铅、氮化硼、氧化锆的粒度均小于5微米。
所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、氟碳表面活性剂中的一种或两种。
所述混合有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲苯中的一种或几种。
所述薄膜的厚度为20-50微米。
气浮轴承用复合聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：
1）将聚酰胺酸树脂、聚四氟乙烯、混合有机溶剂研磨，再加入氟化稀土、氧化铅、氮化硼、氧化锆、表面活性剂、混合有机溶剂混合均匀，球磨后得到涂料；
2）用喷枪在压力为0.1-0.3mpa时将配制好的涂料在压缩空气(无油、无水)或压缩氮气下喷涂在经表面处理的零件表面；喷好的零件在清洁空气中室温放置5-30分钟后，再放入烘箱内固化；所述固化条件为：100℃±30℃恒温30-90分钟，200℃±30℃恒温30-90分钟，300℃±30℃恒温150-200分钟，随炉冷却至室温；喷涂时零件的温度为50℃-70℃。
零件表面需预先喷砂、除油、除锈、磷化等表面处理。
本发明选用的粘结剂为耐高温聚酰胺酸树脂，耐磨性、耐温性能得到充分保证；选用的润滑剂为聚四氟乙烯，其与树脂基体具有较好的匹配性和对辐照的稳定性，提高了涂层的抗磨减摩性能；选用的防腐添加剂为氟化稀土，可以与零件表面发生化学反应和物理反应，提高涂层与零件表面的结合力，同时吸附在润滑剂表面，提高涂层的抗腐蚀性能；选用的混合有机溶剂可以使聚酰胺酸树脂充分溶解到溶剂中。
本发明所述聚酰亚胺薄膜的主要性能指标如下表。
本发明所述薄膜具有高的硬度、低的摩擦系数和长的耐磨寿命等性能。
具体实施方式
实施例1：
称取聚酰胺酸树脂100g、聚四氟乙烯27g，加入100g混合有机溶剂，经锥形磨研磨分散后倒入球磨罐中，再加入氟化铈1.5g、氧化铅0.9g、氮化硼0.8g、氧化锆0.5g、氟碳表面活性剂0.6g，混合有机溶剂80g，进行球磨24h，得到分散均匀的混合涂料[混合有机溶剂：n,n-二甲基甲酰胺30%、n,n-二甲基乙酰胺70%（体积百分组成）]。对要进行喷膜的工件在60℃的温度条件下放置30min，用喷枪在气体压力为0.2mpa下将制备好的涂料喷涂在工件表面，将喷涂好的工件在室温下放置15min。然后放入烘箱中固化，固化条件为：100℃，恒温60分钟，200℃，恒温60分钟，300℃恒温180分钟，工件在烘箱中自然冷却至室温。
实施例2：
称取聚酰胺酸树脂100g、聚四氟乙烯26g，加入100g混合有机溶剂，经锥形磨研磨分散后倒入球磨罐中，再加入氟化镧1.4g、氧化铅0.8g、氮化硼0.8g、氧化锆0.5g、氟碳表面活性剂0.6g，加入80g混合有机溶剂，进行球磨24h，得到分散均匀的混合涂料[混合有机溶剂：n,n-二甲基甲酰胺40%、n,n-二甲基乙酰胺60%（体积百分组成）]。对要进行喷膜的工件在60℃的温度条件下放置30min，用喷枪在气体压力为0.2mpa下将制备好的涂料喷涂在工件表面，将喷涂好的工件在室温下放置15min。然后放入烘箱中固化，固化条件为：100℃，恒温60分钟，200℃，恒温60分钟，300℃恒温180分钟，工件在烘箱中自然冷却至室温。
实施例3：
称取聚酰胺酸树脂100g、聚四氟乙烯26g，加入100g混合有机溶剂，经锥形磨研磨分散后倒入球磨罐中，再加入氟化铈0.8g、氟化镧0.7g、氧化铅0.8g、氮化硼0.7g、氧化锆0.5g、氟碳表面活性剂0.4g、十六烷基三甲基溴化铵0.3g，进行球磨24h，得到分散均匀的混合涂料[混合有机溶剂：n,n-二甲基甲酰胺20%、n,n-二甲基乙酰胺60%、二甲苯20%（体积百分组成）]。对要进行喷膜的工件在60℃的温度条件下放置30min，用喷枪在气体压力为0.2mpa下将制备好的涂料喷涂在工件表面，将喷涂好的工件在室温下放置15min。然后放入烘箱中固化，固化条件为：100℃，恒温60分钟，200℃，恒温60分钟，300℃恒温180分钟，工件在烘箱中自然冷却至室温。