一种膜-油复合润滑方法
【专利摘要】一种膜?油复合润滑方法，它涉及一种润滑方法。它要解决现有固体膜润滑或油润滑单一使用时存在不能满足高速高载工况及变化工况且固体膜润滑时易磨损，混合使用时又存在原料选择受限和润滑效果不好的问题。方法：工件表面进行预处理后加工固体润滑膜，在固体润滑膜表面浸润润滑油或在固体润滑膜摩擦界面注入润滑油，即完成膜?油复合润滑。本发明油润滑将固体润滑膜隔开，故能减缓固体膜的磨损，保护了固体润滑膜从而延长了润滑寿命，实现润滑互补，通过固体膜承载，润滑油润滑与吸振实现润滑协同；通过固体膜承载，固体膜上润滑油流动实现散热；工艺条件要求不高，应用范围广，且润滑效果好。
【专利说明】
一种膜-油复合润滑方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种润滑方法。
【背景技术】
[0002]机械设备中的摩擦磨损不但增加能耗，造成巨大的经济损失，而且降低设备寿命，增加安全隐患。润滑技术是降低摩擦磨损的有效途径，此外，润滑技术还能降低噪音，能减少对工作人员的健康损伤。
[0003]润滑油润滑是最为常见的润滑方式，润滑油起到润滑、冷却、防锈和消除冲击及载荷等作用。润滑油适用于高速，然而润滑油氧化安定性差、易蒸发、承受高载时油膜会遭破坏，使用温度受限。
[0004]油润滑不能满足诸如重载、辐射等工作环境，固体膜润滑拓展了润滑领域，固体膜润滑实际上就是利用固体微粉、薄膜或复合材料代替润滑油脂，隔离相对运动的摩擦界面以达到减摩抗磨的一种技术。固体润滑的优点是:(I)可以在不能使用润滑油的运转条件和环境条件下使用；(2)重量轻、体积小，不像使用润滑油那样需要密封和贮存；(3)时效变化小，保护管理费用低廉等。固体润滑的缺点是:(I)摩擦系数比润滑油和润滑脂都大；(2)因寿命限制，不能用于总转数非常高的旋转机器；(3)冷却效果比润滑油差，摩擦部件的温度容易升高；(4)有噪音和振动；(5)产生磨肩等。
[0005]单一的油润滑或固体润滑具有局限性，并不能满足如下工况:(I)高速高载工况:油润滑适用于高速低载，而固体润滑适用于低速重载；(2)变化工况:实际工业生产中，机械设备的工况并非稳定，接触面之间的滑动速度与载荷有明显变化，此时单一的润滑方式不适用。在高速低载时，油润滑更适用，在低速重载时，固体润滑更适用；(3)长时工况:因固体润滑膜层较薄，如长时间摩擦会造成固体膜磨损严重，此时单一的固体润滑不再适用。
[0006]现有关复合润滑的专利涉及固液相复合型润滑脂及制备方法，和固液复合型润滑油添加剂的制备方法，并无涉及膜-油复合润滑方法。中国发明专利ZL201210047675.2 “一种混合物润滑的滚动轴承的制作方法及滚动轴承”中公开了聚醚类油和固体润滑材料微粉的混合物作为润滑剂注入轴承内腔，并冲压防尘盖制成耐高温密封轴承;此为固-液相的混合润滑方式，不同于膜-油复合润滑方式，存在的问题为工艺条件要求高，仅适用于高温工况，应用范围窄。
【发明内容】
[0007]本发明目的是为了解决现有固体膜润滑或油润滑单一使用时存在不能满足高速高载工况及变化工况且固体膜润滑时易磨损，混合使用时又存工艺条件要求高、应用范围窄的问题，而提供一种膜-油复合润滑方法。
[0008]—种膜-油复合润滑方法，过程如下:工件表面进行预处理，然后在工件表面上加工固体润滑膜，再在固体润滑膜表面浸润润滑油或在固体润滑膜摩擦界面注入润滑油，即完成膜-油复合润滑；
[0009]所述固体润滑膜为软金属膜、高分子材料膜、层状结构物质膜、陶瓷膜中的一种或多种构成的复合膜;所述软金属膜为金、银、铅、锡或铟;所述高分子材料膜为尼龙、聚四氟乙烯或聚酰亚胺；所述层状物质膜为石墨、二硫化钼、二硫化钨或氮化硼；所述陶瓷膜为Al203、Zr02、Si3N4、SiC、Ti02、WC或Cr2O3;所述润滑油为I类油、2类油、3类油、4类油或5类油;所述I类油为全损耗系统油、深度精制油中的一种或两种的任意比组合;所述2类油为双龙S-150N、双龙S-500N中的一种或两种;所述3类油为YU3、YU4、YU6中的一种或几种的任意比组合;所述4类油为聚α-烯烃合成油(PAO);所述5类油为多元醇脂、聚醚、硅油中的一种或几种的任意比组合。
[0010]本发明的特点在于:
[0011 ] (I)单一润滑为固体膜润滑，润滑脂润滑及润滑油润滑方法;而本方法将润滑油浸润于固体膜表面实现复合润滑，拓展了润滑方法与思路。
[0012](2)固体润滑膜虽然承载能力高，也具有较强的耐磨性，但冲击载荷对固体膜会造成损伤，长期的磨损也会损伤固体膜，浸润于固体膜摩擦界面的润滑油不但能减少摩擦，而且会吸收振动，故能减缓固体膜的磨损，延长润滑寿命。
[0013](3)固体膜适用于低速重载，而润滑油膜适用于高速轻载，如工况从低速重载向高速轻载转变时，固体膜润滑与油润滑先后发挥作用，使得润滑更为合理，复合润滑方式可弥补单一润滑的不足。
[0014](4)固体膜润滑摩擦系数高，油润滑摩擦系数低，复合润滑的方式使得固体膜润滑与油润滑均能发挥出各自的优势，固体膜上形成一层润滑油膜后，承载能力取决于固体膜，即硬质膜的屈服强度，而剪切则发生在软膜层，取决于软膜的抗切强度。固体膜刚度大，承载能力强，润滑油刚度小，吸振能力强。
[0015](5)固体膜润滑产生的热量多，摩擦热不能及时散出，不利于机械设备的正常工作，而单一的油润滑承载能力有限，将润滑油循环于固体润滑膜界面，摩擦热能及时冷却或散出。
[0016]本发明的有益效果在于:
[0017](I)本发明使得润滑方法通过固体膜润滑-油润滑复合润滑的方式将单一润滑进行拓展。
[0018](2)本发明用油润滑将固体润滑膜隔开，保护了固体润滑膜从而延长了润滑寿命。
[0019](3)本发明通过将适用于低速重载的固体膜润滑与高速轻载油润滑方法的统一，实现润滑互补。
[0020](4)本发明通过固体膜承载，润滑油润滑与吸振实现润滑协同。
[0021](5)本发明通过固体膜承载，固体膜上润滑油流动实现散热。
[0022](6)本发明膜-油复合润滑方法，工艺条件要求不高，应用范围广，且润滑效果好。
【附图说明】
[0023]图1是本发明膜-油复合润滑方法的示意图，其中I表示基体金属1，2表示固体膜I，3表示润滑油，4表示固体膜2，5表示基体金属2 ；
[0024]图2是实施例4中磨损前Al2O3陶瓷膜零件的图片；
[0025]图3是实施例4中经复合润滑后Al2O3陶瓷膜零件的图片；
[0026]图4是实施例4中单一PAOlOO油润滑下定载荷变转速下的摩擦系数曲线图；
[0027]图5是实施例4中微弧氧化膜-PA0100油复合润滑下定载荷变转速下的摩擦系数曲线图。
【具体实施方式】
[0028]本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0029]【具体实施方式】一:本实施方式一种膜-油复合润滑方法，过程如下:工件表面进行预处理，然后在工件表面上加工固体润滑膜，再在固体润滑膜表面浸润润滑油或在固体润滑膜摩擦界面注入润滑油，即完成膜-油复合润滑；
[0030]所述固体润滑膜为软金属膜、高分子材料膜、层状结构物质膜、陶瓷膜中的一种或多种构成的复合膜;所述软金属膜为金、银、铅、锡或铟;所述高分子材料膜为尼龙、聚四氟乙烯或聚酰亚胺；所述层状物质膜为石墨、二硫化钼、二硫化钨或氮化硼；所述陶瓷膜为Al203、Zr02、Si3N4、SiC、Ti02、WC或Cr2O3;所述润滑油为I类油、2类油、3类油、4类油或5类油;所述I类油为全损耗系统油、深度精制油中的一种或两种的任意比组合;所述2类油为双龙S-150N、双龙S-500N中的一种或两种;所述3类油为YU3、YU4、YU6中的一种或几种的任意比组合;所述4类油为聚α-烯烃合成油(PAO);所述5类油为多元醇脂、聚醚、硅油中的一种或几种的任意比组合。
[0031]本实施方式中工件表面进行预处理、在工件表面上加工固体润滑膜，均采用的常规方法。
[0032]本实施方式中膜-油复合润滑方法适用于滚动摩擦、滑动摩擦或滚动滑动摩擦。
[0033]本实施方式中膜-油复合润滑方法的示意图见图1。
[0034]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是，所述工件表面为齿轮齿面、轴承滚珠表面、轴承内圈表面或轴承外圈表面。其它步骤及参数与【具体实施方式】一相同。
[0035]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是，所述软金属膜制备方法为离子镀法或离子注入法。其它步骤及参数与【具体实施方式】一或二相同。
[0036]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是，所述高分子材料膜制备方法为喷涂法。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0037]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是，所述陶瓷膜为Al2O3和WC的任意比复合膜。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0038]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是，所述陶瓷膜为Al2O3和Cr2O3的任意比复合膜。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0039]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是，所述全损耗系统油为6(^、15(^、25(^、35(^、40(^、50(^中的一种或几种的任意比组合。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至六之一相同。
[0040]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同的是，所述深度精制油为1505125051350514005150051650519085、12085、15085中的一种或几种的任意比组合。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至七之一相同。
[0041]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一至八之一不同的是，所述聚α-烯烃合成油(PAO)为 ΡΑ04、ΡΑ08、ΡΑ012、ΡΑ020、ΡΑ040、ΡΑ060、ΡΑ080、ΡΑ0100、ΡΑ01000 中的一种或几种的任意比组合。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至八之一相同。
[0042]采用以下实施例验证本发明的有益效果:
[0043]实施例1:
[0044]一种膜-油复合润滑方法，具体过程如下:
[0045]一、将铁基材料加工为摩擦零件，对表面进行吹砂处理(Ra?2.00 ±0.2μπι)，然后置于超声波清洗机中，以丙酮为清洗剂，清洗30min，晾干；
[0046]二、将聚酰亚胺溶解于氯仿与间甲酚的混合溶剂中，配置成质量浓度为10%_15%的聚酰亚胺胶体溶液，其中氯仿与间甲酚的的质量浓度为比为50%-60%，间甲酚的浓度为:30%-40;
[0047 ]三、将Mo S2颗粒(平均粒径彡5μπι)用研钵研磨分散，然后加入到混合液中，Mo S2占聚酰亚胺胶体溶液总体积的3%，用超声波仪器使之均匀分散，获得聚酰亚胺-二硫化钼涂料；
[0048]四、用喷枪将分散好的聚酰亚胺-二硫化钼涂料喷于摩擦零件表面，厚度为70_90μm，然后在温度为15-25°C、空气相对湿度为40%-50%的环境静止挥发l-2h，再置于烘箱烘中，在150-170 0C下烘烤0.5-lh,进行涂层固化，获得聚酰亚胺-二硫化钼固体膜；
[0049]五、用金相砂纸打磨聚酰亚胺-二硫化钼固体膜，使其粗糙度Ra?0.Ιμπι;
[0050]七、选用650SN油，使其进入摩擦界面。
[0051]本实施例中采用试验设备为MG-2000型高速高温摩擦磨损试验机进行试验;转速为600r/min，载荷400Ν，较之单一的聚酰亚胺-二硫化钼膜润滑，采用此膜-油复合润滑方法，磨损率降低3倍，摩擦系数由0.3降低至0.08。较之单一的油润滑，聚酰亚胺-二硫化钼复合膜还具有抗腐蚀性。
[0052]实施例2:
[0053]—种膜-油复合润滑方法，具体过程如下:
[0054]一、将铁基材料加工为摩擦零件，对表面进行吹砂处理(Ra?2.00 ±0.2μπι)，然后置于超声波清洗机中，以丙酮为清洗剂，清洗30min，晾干；
[0055]二、将聚酰亚胺溶解于氯仿与间甲酚的混合溶剂中，配置成质量浓度为10%_15%的聚酰亚胺胶体溶液，其中氯仿与间甲酚的的质量浓度为比为50%-60%，间甲酚的浓度为:30%-40;
[0056]三、将聚四氟乙烯颗粒(平均粒径<5μπι)用研钵研磨分散，然后加入到混合液中，聚四氟乙烯占聚酰亚胺胶体溶液总体积的3%，用超声波仪器使之均匀分散，获得聚酰亚胺-聚四氟乙烯涂料；
[0057]四、用喷枪将分散好的聚酰亚胺-聚四氟乙烯涂料喷于摩擦零件表面，厚度为70-90μπι，然后在温度为15-25°C、空气相对湿度为40%-50%的环境静止挥发l-2h，再置于烘箱烘中，在150-170°C下烘烤0.5-lh，进行涂层固化，获得聚酰亚胺-聚四氟乙烯固体膜；
[0058]五、用金相砂纸打磨聚酰亚胺-聚四氟乙烯固体膜，使其粗糙度Ra?0.Ιμπι;
[0059]六、选用ΡΑ040油，使其进入摩擦界面。
[0060]本实施例中采用试验设备为MG-2000型高速高温摩擦磨损试验机进行试验;转速为600r/min，载荷400Ν，较之单一的四氟乙烯润滑，采用此膜-油复合润滑方法，磨损率降低2倍，摩擦系数由0.26降低至0.08。较之单一的油润滑，聚酰亚胺-四氟乙烯复合膜还具有抗冲击性。
[0061 ] 实施例3:
[0062]—种膜-油复合润滑方法，具体过程如下:
[0063]一、将铝基零件加工为摩擦零件，对表面进行磨削处理至粗糙度0.5μπι以下，蒸馏水冲洗，然后置于超声波清洗机中，以丙酮为清洗剂，清洗30min，晾干；
[0064]二、将加工好的摩擦零件放入盛有质量浓度为5%_10%的Na2S13-KOH电解液的渡槽中进行微弧氧化处理，获得Al2O3陶瓷固体膜;工作方式选择恒流方式，电流密度为5A/dm2，频率为150HZ，正脉宽为1.0ms，负脉宽为1.5ms，处理时间为2h ；
[0065]三、四、微弧氧化处理后取出试件并晾干，然后用金相砂纸打磨Al2O3陶瓷固体膜，使其粗糙度Ra?0.1ym;
[0066]五、选用150BS油，使其进入摩擦界面。
[0067]本实施例中采用试验设备为MG-2000型高速高温摩擦磨损试验机进行试验;转速为600r/min，载荷400N，较之单一的油润滑，采用此膜-油复合润滑方法，磨损率降低4-5倍。较之单一的微弧氧化膜间的摩擦，摩擦系数大大降低。
[0068]实施例4:
[0069]—种膜-油复合润滑方法，具体过程如下:
[0070]一、将硬质铝合金零件加工为环状摩擦零件，对表面进行磨削处理至粗糙度0.5μπι以下，蒸馏水冲洗，然后置于超声波清洗机中，以丙酮为清洗剂，清洗30min，晾干；
[0071 ] 二、将加工好的环状摩擦零件放入盛有质量浓度为8%的Na2S13-KOH电解液的渡槽中进行微弧氧化处理，获得Al2O3陶瓷固体膜;工作方式选择恒流方式，电流密度为5A/dm2，频率为150HZ，正脉宽为1.0ms，负脉宽为1.5ms，处理时间为2h ；
[0072]三、微弧氧化处理后取出试件并晾干，然后用金相砂纸打磨Al2O3陶瓷固体膜，使其粗糙度1^;^0.]^111(如图2所示)；
[0073]四、选用PA0100，使其进入摩擦界面(如图3所示)。
[0074]本实施方式膜-油复合润滑与单一油润滑对比:
[0075]采用试验设备为MG-2000型高速高温摩擦磨损试验机；
[0076]单一油润滑试验:用硬质铝合金加工成环状摩擦试样，润滑油选用PA0100，载荷为4001^，转速分别为4001'/111；[11、5001'/111；[11、6001'/111；[11、7001'/111；[11、8001'/111；[11，所得摩擦系数曲线为图4，在不同转速下所得平均摩擦系数为0.08、0.07、0.065、0.045、0.052;
[0077]膜-油复合润滑试验:用硬质铝合金加工成环状摩擦试样，然后在其表面原位生成Al2O3陶瓷膜，润滑油选用PA0100，载荷为400N，转速分别为605N r/min、729r/min、828r/min、960r/min、1046r/min。所得摩擦系数曲线为图5，在不同转速下所得平均摩擦系数为
0.037、0.031、0.041、0.0415、0.044;
[0078]试验得出此结果:即使在更高转速下，铝基Al2O3陶瓷膜-PA0100油润滑相比于单一油润滑具有更低的摩擦系数。
【主权项】
1.一种膜-油复合润滑方法，其特征在于它的过程如下:工件表面进行预处理，然后在工件表面上加工固体润滑膜，再在固体润滑膜表面浸润润滑油或在固体润滑膜摩擦界面注入润滑油，即完成膜-油复合润滑； 所述固体润滑膜为软金属膜、高分子材料膜、层状结构物质膜、陶瓷膜中的一种或多种构成的复合膜;所述软金属膜为金、银、铅、锡或铟;所述高分子材料膜为尼龙、聚四氟乙烯或聚酰亚胺;所述层状物质膜为石墨、二硫化钼、二硫化钨或氮化硼;所述陶瓷膜为αι203、Zr02、Si3N4、SiC、Ti02、WC或Cr2O3;所述润滑油为I类油、2类油、3类油、4类油或5类油;所述I类油为全损耗系统油、深度精制油中的一种或两种的任意比组合；所述2类油为双龙S-150N、双龙S-500N中的一种或两种;所述3类油为YU3、YU4、YU6中的一种或几种的任意比组合;所述4类油为聚α-烯烃合成油;所述5类油为多元醇脂、聚醚、硅油中的一种或几种的任意比组合。2.根据权利要求1所述的一种膜-油复合润滑方法，其特征在于所述工件表面为齿轮齿面、轴承滚珠表面、轴承内圈表面或轴承外圈表面。3.根据权利要求1所述的一种膜-油复合润滑方法，其特征在于所述软金属膜制备方法为离子镀法或离子注入法。4.根据权利要求1所述的一种膜-油复合润滑方法，其特征在于所述高分子材料膜制备方法为喷涂法。5.根据权利要求1所述的一种膜-油复合润滑方法，其特征在于所述陶瓷膜为Al2O3和WC的任意比复合膜。6.根据权利要求1所述的一种膜-油复合润滑方法，其特征在于所述陶瓷膜为Al2O3和Cr2O3的任意比复合膜。7.根据权利要求1所述的一种膜-油复合润滑方法，其特征在于所述全损耗系统油为60N、150N、250N、350N、400N、500N中的一种或几种的任意比组合。8.根据权利要求1所述的一种膜-油复合润滑方法，其特征在于所述深度精制油为1505125051350514005150051650519(?5、12085、15085中的一种或几种的任意比组入口 ο9.根据权利要求1所述的一种膜-油复合润滑方法，其特征在于所述聚α-烯烃合成油为PA04、PA08、PA012、PA020、PA040、PA060、PA080、PA0100、PA01000 中的一种或几种的任意比组合。
【文档编号】F16N15/02GK105909963SQ201610236130
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】曲建俊, 牛明, 周宁宁, 王黎钦, 郜云波
【申请人】哈尔滨工业大学