1.本发明属于功能涂料技术领域，涉及一种润滑减磨涂料及其制备方法和应用，具体涉及一种铝合金专用润滑减磨涂料及其制备方法和应用。
背景技术：
2.铝合金材料具有质轻、比强度高、导热性优良、导电性能强、延展性好、有一定的耐蚀性等特点，被广泛应用于汽车船舶、航空航天、电力系统、建筑工程等事关国计民生的各个领域。但在实际应用中铝合金材料还存在表面摩擦系数较高、耐磨性较差、难以润滑等问题，这些缺点限制了铝合金材料在一些特定环境下的使用，因此，针对铝合金材料表面进行耐磨润滑改性具有重要现实意义。
3.润滑减磨涂料能够在涂覆的部件表面形成一层润滑膜，能够降低磨损、减少摩擦过程中的能量损耗、提高部件的表面质量，其适用范围比较广。润滑减磨涂料的主要组成包括成膜物质、润滑剂、辅助添加剂、溶剂等。成膜物质能够粘附在部件表面形成一层固体膜，是涂料的基础。固体润滑剂用于润滑摩擦表面，具有低剪切阻力，决定涂料的润滑减磨效果。
4.二硫化钼是一种黑灰色的过渡金属硫化物，具有类似石墨的片状晶体结构，由于层与层之间的分子间作用力较弱，容易发生外力滑动，具有良好的润滑效果，常用于机械零部件的表面润滑。但是，二硫化钼作为涂层中的润滑添加剂时，其含量对于润滑性能有重要影响，含量较低时难以形成性能完整、连续的润滑薄膜，含量过高又会造成涂层的致密度降低，导致涂层容易在应用过程中被破坏，并且二硫化钼还存在导热性差、高温下易氧化等缺点。
5.公开号为cn110450340a的中国专利文献公开了一种纳米石墨烯/铝合金自润滑复合材料的制备方法，以聚酰胺作为基体树脂，纳米石墨烯、二硫化钼作为润滑剂通过注塑的方式在铝合金表面形成一层润滑层。但是，该方法中二硫化钼及石墨烯难以均匀分散，易团聚，会影响其润滑效果和与基体材料的结合，且需针对不同铝合金构件设计不同模具，存在工艺复杂、价格昂贵、适用范围有限的缺点。
技术实现要素：
6.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可有效改善铝合金材料表面摩擦系数高、耐磨性差、难以润滑的问题、具有良好的施工性能、可应用于各种铝合金材料表面的铝合金专用润滑减磨涂料及其制备方法和应用。
7.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
8.一种铝合金专用润滑减磨涂料，包括以下质量份的原料：成膜树脂25份～55份，改性二硫化钼/石墨烯纳米颗粒5份～30份，固化剂5份～30份，稀释剂1份～15份和辅助添加剂0.5份～25份；
9.所述改性二硫化钼/石墨烯纳米颗粒的制备包括以下步骤：
10.(1)将二硫化钼与硅烷偶联剂加入乙醇溶液中，调节ph值至酸性，60℃～70℃油浴中搅拌，经过滤、洗涤、干燥，得到二硫化钼预处理产物；
11.(2)将二硫化钼预处理产物与石墨烯加入n,n-二甲基甲酰胺溶液中，经超声处理后，于105℃～120℃油浴中搅拌，经过滤、洗涤、干燥，得到改性二硫化钼/石墨烯纳米颗粒。
12.上述的铝合金专用润滑减磨涂料，优选的，所述改性二硫化钼/石墨烯纳米颗粒的制备过程中，所述二硫化钼与硅烷偶联剂的质量比为1∶10～20，所述二硫化钼预处理产物与石墨烯的质量比为1～3∶1。
13.上述的铝合金专用润滑减磨涂料，优选的，所述改性二硫化钼/石墨烯纳米颗粒的制备过程中：步骤(1)中，所述硅烷偶联剂包括氨基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种，调节ph值至3.5～5.5，搅拌6h～8h；步骤(2)中，搅拌6h～8h。
14.上述的铝合金专用润滑减磨涂料，优选的，所述成膜树脂包括环氧树脂及其改性物、聚氨酯及其改性物、聚丙烯酸树脂及其改性物、聚烯烃树脂及其改性物和有机硅树脂及其改性物中的一种或多种。
15.上述的铝合金专用润滑减磨涂料，优选的，所述固化剂包括胺类固化剂、酸酐类固化剂、聚硫醇类固化剂和异氰酸酯类固化剂中的一种或多种，所述胺类固化剂包括聚酰胺类固化剂、脂肪族胺类固化剂、脂环族胺类固化剂、芳香族胺类固化剂、聚醚胺类固化剂和咪唑类固化剂中的一种或多种，所述酸酐类固化剂包括芳香族酸酐类固化剂、脂肪族酸酐类固化剂和脂环族酸酐类固化剂中的一种或多种。
16.上述的铝合金专用润滑减磨涂料，优选的，所述稀释剂包括醇类、酯类、脂肪烃类、芳香烃类、酮类、醇醚类和卤代烃类稀释剂中的一种或多种。
17.上述的铝合金专用润滑减磨涂料，优选的，所述辅助添加剂包括触变剂、填充剂、增韧剂、促进剂、抗氧化剂、流平剂、香料、消泡剂、交联剂、光稳定剂、表面活性剂、阻燃剂和防腐剂中的一种或多种。
18.上述的铝合金专用润滑减磨涂料，优选的，所述铝合金专用润滑减磨涂料还包括溶剂，0份＜溶剂≤85份，所述溶剂包括水和/或有机溶剂，所述有机溶剂包括丙酮、甲基异丁基甲酮、环己酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯、甲醇、乙二醇、二氯乙烷、芳烃类有机溶剂、酰胺类有机溶剂、丙烯酸酯类有机溶剂和吡咯烷酮类有机溶剂中的一种或多种。
19.作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的铝合金专用润滑减磨涂料的制备方法，包括以下步骤：
20.(1)制备改性二硫化钼/石墨烯纳米颗粒；
21.(2)制备铝合金专用润滑减磨涂料：将成膜树脂、改性二硫化钼/石墨烯纳米颗粒、固化剂、稀释剂和辅助添加剂按照所述质量份进行混合，得到铝合金专用润滑减磨涂料，其中，当原料包括溶剂时，将溶剂与前述原料进行混合。
22.上述的铝合金专用润滑减磨涂料的制备方法，优选的，所述成膜树脂为环氧树脂时，将环氧树脂、改性二硫化钼/石墨烯纳米颗粒、稀释剂、部分辅助添加剂混合制成组分a，将固化剂与另一部分辅助添加剂混合制成组分b，组分a与组分b分装，在使用前再将组分a与组分b混合均匀。更优选的，部分辅助添加剂为增韧剂和触变剂，另一部分辅助添加剂为促进剂。
23.作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的铝合金专用润滑减磨涂料或上述的制备方法制得的铝合金专用润滑减磨涂料在涂覆铝合金材料上的应用。
24.本发明旨在制备一种含改性二硫化钼/石墨烯的耐磨润滑涂料，通过改性二硫化钼/石墨烯润滑剂以及粘接体系的优选，使涂料具有优异的润滑耐磨性、导热性，与铝合金之间粘接性良好，易于施工操作，具有广泛的工业应用前景。
25.本发明中，只要不损害涂料体系的稳定性、涂覆的操作性，以及本涂料所具备的润滑减磨性能，则可以含有抗氧化剂、流平剂、香料、消泡剂、交联剂、光稳定剂、表面活性剂、阻燃剂、防腐剂等辅助添加剂。
26.本发明的铝合金专用润滑减磨涂料可以采用常规的喷涂、刷涂等方法涂覆至铝合金材料部件上，适用于导轨、重载条件下的金属摩擦件、轴承等各类机械零部件，能够实现优异的润滑减磨效果，并适用于导热、导电等特殊复杂工况环境要求。优选地，为了实现涂料与铝合金部件更良好的粘接效果，在涂覆前可对铝合金材料进行喷砂或打磨、清洁、磷化等处理。
27.与现有技术相比，本发明的优点在于：
28.1、本发明的铝合金专用润滑减磨涂料采用改性二硫化钼/石墨烯纳米颗粒结合成膜树脂、固化剂、稀释剂、辅助添加剂的润滑体系取得了良好的协同效果，能够形成一层可长效保持的固态润滑薄膜，具有优异的润滑耐磨性、导热性、导电性，能够满足导电、高温等一些复杂工况环境下对铝合金材料润滑耐磨性能的要求，具有良好的实际应用价值。
29.2、本发明采用的制备方法简单可控，制备的润滑减磨涂料与铝合金之间结合力强，涂料体系能够长期保存，流动性较好，室温下即可固化，便于涂覆施工，固体润滑剂(改性二硫化钼/石墨烯纳米颗粒)具有良好的分散性与稳定性，工程应用价值潜力巨大。
具体实施方式
30.以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
31.实施例1：
32.一种本发明的铝合金专用润滑减磨涂料的制备方法，包括以下步骤：
33.(1)改性二硫化钼/石墨烯纳米颗粒的制备
34.(1.1)将二硫化钼与硅烷偶联剂按1∶10的质量比投入体积分数95％的乙醇溶液中，硅烷偶联剂为氨基丙基三乙氧基硅烷，二硫化钼和硅烷偶联剂的总质量与乙醇溶液的质量比为1∶20，然后加入乙酸调节溶液的ph值至4左右，得到混合溶液。将混合溶液在60℃油浴中搅拌6h，经过滤、乙醇洗涤3次，于60℃下干燥24h，得到二硫化钼预处理产物。
35.(1.2)将二硫化钼预处理产物与石墨烯按3∶1的质量比投入n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，二硫化钼预处理产物、石墨烯的总质量与n,n-二甲基甲酰胺体积的比值为0.2mg/ml，超声半小时使石墨烯分散，然后在105℃油浴中充分搅拌6h，经过滤、乙醇洗涤3次，于60℃下干燥24h，得到改性二硫化钼/石墨烯纳米颗粒。
36.(2)制备铝合金专用润滑减磨涂料，具体为润滑减磨环氧树脂涂料
37.(2.1)制备组分a：将47质量份双酚a型环氧树脂、29质量份改性二硫化钼/石墨烯纳米颗粒、12质量份增韧剂、10质量份稀释剂和2质量份触变剂进行混合，得到组分a，其中，
增韧剂为端羧基液体丁腈橡胶，稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚，触变剂为气相白炭黑。
38.(2.2)制备组分b：将90质量份聚醚胺固化剂、10份促进剂3-[(二甲氨基)甲基]苯酚进行混合，得到组分b。
[0039]
(2.3)将组分a与组分b分开装，在使用时组分a与组分b按3∶1的质量比进行混合，组分a与组分b共同构成了铝合金专用润滑减磨涂料。
[0040]
一种本实施例制备的铝合金专用润滑减磨涂料在应用于涂覆铝材中的应用，包括以下步骤：将上述本实施例制得的润滑减磨涂料的组分a与组分b按3∶1的质量比进行混合，刷涂在经过打磨、清洁处理的铝材表面，在室温下固化24h，得到润滑减磨涂层。
[0041]
对比例1：
[0042]
一种铝合金用涂料，涂料及其制备方法与实施例1基本一致，不同之处在于：涂料中未添加改性二硫化钼/石墨烯纳米颗粒。
[0043]
性能测试：实施例1中，按照gb/t1041测试得到涂层的抗压强度为105mpa，按gb/t3960测试涂层摩擦系数为0.015，按jb/t3578测试涂层的磨损率为2.36
×
10-8
mm3/n
·
m。对比例1中涂层摩擦系数为0.068，磨损率为1.89
×
10-7
mm3/n
·
m，由此说明，本发明采用改性二硫化钼/石墨烯起到了良好的系统作用，取得了显著的减磨效果。
[0044]
在140℃、35mpa压力下对试样进行16h的高温高压试验，再通过划痕法测试涂层的附着力，发现实施例1中涂层划痕光滑无涂层脱落，对比例1中在划痕边缘有涂层脱落，由此说明本发明制备的涂料与铝合金之间结合力强，能满足一些高温使用工况条件。
[0045]
对导电率进行测试，铝合金基材导电率为47％iacs，涂覆实施例1涂层后，导电率为48％iacs，涂覆对比例1的涂层后导电率为17％iacs，说明本发明的铝合金专用润滑减磨涂料具有良好的导电性。
[0046]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。