用于管接头的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于管接头的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料及其制备方法，该耐磨涂层材料中包括有聚四氟乙烯、聚醚砜、碳化硅、二硫化钼和硫化镉。本发明是采用热喷涂工艺将耐磨涂层材料喷涂在管接头上，喷涂压力为0.2～0.3MPa，喷涂距离为15～20cm，涂敷厚度为30～50微米。管接头需加热到100℃～150℃时进行喷涂。喷涂有聚四氟乙烯基耐磨涂层材料的管接头经摩擦磨损10min后聚四氟乙烯基的耐磨涂层未被磨破。
【专利说明】用于管接头的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种涂层材料，更特别地说，是指一种采用热喷涂工艺将聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料、加工在管道中应用的管接头上，使得管接头在对接过程中，具有较高的耐磨性和减小两者的摩擦力。
【背景技术】
[0002]近年来，我国许多主力油气田已进入中、高含水开发期，随着含水率的增高，油、气、水集输系统的腐蚀日益严重，腐蚀已成为影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素，也是造成管道事故的原因之一。据统计，在我国的管道事故中，腐蚀造成的破坏约占30%，焊接接头处的腐蚀破坏尤为严重。原因在于焊接时的高温将破坏管道的内防腐层，而现场补口质量难以保证，以致穿孔泄漏事故时有发生。另外，焊接热影响区金相组织的改变、残余应力和应力集中的存在都是引起应力腐蚀的诱导源。
[0003]形状记忆合金管接头是一项全新的连接技术，其原理在于利用形状记忆合金马氏体相变及其逆相变从而产生记忆效应，低温下将管接头扩孔变形，变形后管接头内径大于被连接管子的外径，因此被连接管可以很容易插入到管接头中；然后将连接件放在室温环境中，管接头由于形状记忆效应收缩，内径恢复到未冲孔前的尺寸，达到连接住管道的效果O
[0004]目前，形状记忆合金管接头在连接时需在管子外部和管接头内部均匀涂敷胶状强化粘结剂，以此来提高管接头和管子连接处的密封性能。但是，当记忆合金管接头连接件应用在液压管道时，密封胶很可能逐渐扩散到液压油中，污染了所使用的液压油。尤其是在精密设备中，这种现象可能会造成很大的损失。因此需要找一种物质来代替密封胶起到同样的作用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的之一是提供一种聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料。该耐磨涂层材料中包括有聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚砜(PES)、碳化硅(SiC)、二硫化钥(MoS2)和硫化镉(CdS)。100g的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料中有35g~55g的聚四氟乙烯(PTFE)、8g~18g的碳化娃(SiC)、8g~18g的二硫化钥(MoS2)、3g~9g的硫化镉(CdS)、以及余量的聚醚砜(PES)0
[0006]本发明的目的之二是提出一种采用热喷涂工艺将聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料、加工在管道中应用的管接头上。具体步骤有:
[0007]步骤一:配制聚四氟乙烯基涂层材料
[0008](A)按照聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的目的成分称取各物质:
[0009]用量:100g的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料中有35g~55g的聚四氟乙烯(PTFE)、8g~18g的碳化硅(SiC)、8g~18g的二硫化钥(MoS2)、3g~9g的硫化镉(CdS)、以及余量的聚醚砜(PES)。[0010](B)将聚醚砜(PES)、碳化硅(SiC)、二硫化钥(MoS2)和硫化镉(CdS)加入到聚四氟乙烯中，在搅拌速度为300~600转/分下,搅拌时间10~30分钟后,制得混合均匀的第一混合料；
[0011](C)将乙醇与去离子水混合，得到混合均匀的稀释剂；用量:乙醇与去离子水的重量份比为5:1;
[0012](D)将第一混合料和稀释剂加入到卧式球磨机中，放入大球、中球和小球，球磨2~24小时后，制得粒度为120目~200目的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料；
[0013]用量:100g的第一混合料中加入IOg~20g的稀释剂；
[0014]球磨介质用量:大球、中球和小球之比为3:4:3 ；
[0015]所述的大球为不锈钢球，直径为20mm ；
[0016]所述的中球为不锈钢球，直径为IOmm ;
[0017]所述的小球为不锈钢球,直径为6mm ;
[0018]步骤二:管接头的除油处理
[0019]将金属洗净剂加入到去离子水中，混合得到质量百分比浓度为2~3%的水溶液；然后将管接头浸泡在20°C~40°C下的水溶液中进行3~10分钟的清洗,得到除油后的管接头; [0020]步骤三:热喷涂制涂层
[0021](A)将自动化雾化喷枪的压力接头与压力设备连接，将自动化雾化喷枪的供料接头连接上导管，导管另一端插入供料容器中；
[0022](B)将除油后的管接头加热到100°C~150°C ；
[0023](C)调节自动化雾化喷枪的喷涂压力为0.2~0.3MPa，喷涂距离为15~20cm，涂敷厚度为30~50微米，制得涂覆有聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的管接头；
[0024]步骤四:高温固化、室温冷却
[0025]将涂覆有聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的管接头放入加热箱中，在加热温度300°C~400°C下、加热时间15~30分钟后，取出，自然冷却后，制得具有耐磨涂层的管接头。
[0026]本发明的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料具有的优点在于:
[0027]①制备在管接头上的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料，经纳米压痕实验测得，其涂层的弹性模量为12.28Gpa，硬度为0.46Gpa，涂层的耐磨性能增强。
[0028]②本发明制备在管接头上的聚四氟乙烯基的耐磨涂层从表面形貌照片上观察，可以看出涂层表面光滑度不高，存在许多无机粉末颗粒物。
[0029]③采用热喷涂工艺将聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料、加工在管道中应用的管接头上，并进行摩擦磨损实验，经20N压力、摩擦IOmin后，从涂层磨痕形貌照片上观察，可以看出照片右上角是未被磨损仪磨过的涂层表面，中间部分是磨痕。磨痕显示涂层未被磨破，与摩擦系数随时间变化曲线相对应。同时磨痕的两侧及端部无明显的磨屑。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的能谱图。
[0031]图1A是聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的X射线衍射图。[0032]图2A是弹性模量经Weibull统计分析的拟合图。
[0033]图2B是硬度经Weibull统计分析的拟合图。
[0034]图3是实施例1制得五元复合涂层与纯PTFE涂层的摩擦系数随时间变化的关系对比图。
[0035]图4A是实施例1制得五元复合涂层的XRD照片。
[0036]图4B是实施例1制得五元复合涂层的磨痕形貌照片。
【具体实施方式】
[0037]下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0038]本发明是一种用于管接头的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料，该耐磨涂层材料中包括有聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚砜(PES)、碳化硅(SiC)、二硫化钥(MoS2)和硫化镉(CdS)。
[0039]用量:100g的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料中有35g~55g的聚四氟乙烯(PTFE)、8g~18g的碳化硅(SiC)、8g~18g的二硫化钥(MoS2)、3g~9g的硫化镉(CdS)、以及余量的聚醚砜(PES)。
[0040]在本发明中，按照目的成分配制的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料也称为五元复合涂层材料。
[0041]在本发明中，管接头是形状记忆合金管接头、不锈钢管接头或者钛镍基形状记忆合金管接头。
[0042]在本发明中，采用热`喷涂工艺在管接头上，制备出一种聚四氟乙烯基的耐磨涂层的方法包括有下列步骤:
[0043]步骤一:配制聚四氟乙烯基涂层材料
[0044](A)按照聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的目的成分称取:聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚砜(PES)、碳化硅(SiC)、二硫化钥(MoS2)和硫化镉(CdS)；
[0045]用量:100g的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料中有35g~55g的聚四氟乙烯(PTFE)、8g~18g的碳化硅(SiC)、8g~18g的二硫化钥(MoS2)、3g~9g的硫化镉(CdS)、以及余量的聚醚砜(PES)。
[0046](B)将聚醚砜(PES)、碳化硅(SiC)、二硫化钥(MoS2)和硫化镉(CdS)加入到聚四氟乙烯(PTFE)中，在搅拌速度为300~600转/分下，搅拌时间10~30分钟后，制得混合均匀的第一混合料；
[0047](C)将乙醇与去离子水混合，得到混合均匀的稀释剂；用量:乙醇与去离子水的重量份比为5:1;
[0048](D)将第一混合料和稀释剂加入到卧式球磨机中，放入大球、中球和小球，球磨2~24小时后，制得粒度为120目~200目的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料；
[0049]用量:100g的第一混合料中加入IOg~20g的稀释剂；
[0050]球磨介质用量:大球、中球和小球之比为3:4:3 ；
[0051]所述的大球为不锈钢球，直径为20mm ；
[0052]所述的中球为不锈钢球，直径为IOmm ；
[0053]所述的小球为不锈钢球,直径为6mm ;
[0054]在本发明中，在第一混合料中加入稀释剂，起到调节第一混合料的浓度、粘稠度，方便在进行热喷涂时，从喷枪中喷射出。第一混合料选取适合的浓度能够得到较佳的涂层致密性。一般地，较稀的浓度其致密性较高。
[0055]在本发明中，将制备好的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料罐装在供料容器(如供料桶等)中待用。
[0056]步骤二:管接头的除油处理
[0057]将金属洗净剂加入到去离子水中，混合得到质量百分比浓度为2~3%的水溶液；然后将管接头浸泡在20°C~40°C下的水溶液中进行3~10分钟的清洗,得到除油后的管接头;
[0058]所述金属洗净剂选用中航材航空新材料有限公司生产的型号G105金属清洗剂。
[0059]步骤三:热喷涂制涂层
[0060](A)将自动化雾化喷枪的压力接头与压力设备连接，将自动化雾化喷枪的供料接头连接上导管，导管另一端插入供料容器中；
[0061](B)将除油后的管接头加热到100°C~150°C ；
[0062](C)调节自动化雾化喷枪的喷涂压力为0.2~0.3MPa，喷涂距离为15~20cm，涂敷厚度为30~50微米，制得涂覆有聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的管接头；
[0063]步骤四:高温固化、室温冷却
[0064]将涂覆有聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的管接头放入加热箱中，在加热温度300°C~400°C下、加热时间15~30分钟后，取出，自然冷却后，制得具有耐磨涂层的管接头。
[0065]实施例1
[0066]制含量为45%的聚四氟乙烯的耐磨涂层材料
[0067]步骤一:配制聚四氟乙烯基涂层材料
[0068](A)按照聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的目的成分称取各物质:
[0069]用量:100g的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料中有45g的聚四氟乙烯(PTFE)、13.5g的碳化硅(SiC)、13.5g的二硫化钥(MoS2)、5.5g的硫化镉(CdS)、以及22.5g的聚醚砜(PES)0
[0070]实验中所用的聚四氟乙烯(PTFE)为北京凯瑞捷成新材料有限公司的3M聚四氟乙烯乳液，型号TF-5035R。
[0071]实验中所用的聚醚砜(PES)为北京凯瑞捷成新材料有限公司的PES-8800W水性耐闻温树脂。
[0072]实验中所用的SiC粉末为北京凯瑞捷成新材料有限公司的1200目绿碳化硅粉。
[0073]实验中所用的MoS2粉末为道康宁公司的高纯度(质量百分比纯度99.0%) 二硫化钥粉，常规颗粒I~3微米。
[0074]实验中所用的CdS粉末为北京中金研新材料科技有限公司的1200目硫化镉粉末。
[0075](B)将聚醚砜(PES)、碳化硅(SiC)、二硫化钥(MoS2)和硫化镉(CdS)加入到聚四氟乙烯中，在搅拌速度为400转/分、搅拌时间为30分钟后，制得混合均匀的第一混合料；采用磁力搅拌机进行搅拌，磁力搅拌机选用上海兴创科学仪器设备有限公司生产的型号DF-101S集热式磁力搅拌器。
[0076](C)将乙醇与去离子水混合，得到混合均匀的稀释剂；用量:乙醇与去离子水的重量份比为5:1 ;
[0077](D)将第一混合料和稀释剂加入到卧式球磨机中，放入大球、中球和小球，球磨18小时后，制得粒度为120目的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料；
[0078]用量:100g的第一混合料中加入15g的稀释剂；
[0079]球磨介质用量:大球、中球和小球之比为3:4:3 ；
[0080]所述的大球为不锈钢球,直径为20mm ;
[0081]所述的中球为不锈钢球,直径为IOmm ;
[0082]所述的小球为不锈钢球,直径为6mm ;
[0083]卧式球磨机选用南京南大仪器有限公司生产的型号QM-WX4球磨机。
[0084]在本发明中，在第一混合料中加入稀释剂，起到调节第一混合料的浓度。
[0085]在本发明中，将制备好的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料罐装在供料桶中。
[0086]步骤二:形状记忆合金管接头的除油处理
[0087]将金属洗净剂加入到去离子水中，混合得到质量百分比浓度为3%的水溶液；然后将TiNiFe2形状记忆合金管接头浸泡在30°C下的水溶液中进行8分钟的清洗，得到除油后的TiNiFe2形状记忆合金管接头；
[0088]步骤三:热喷涂制涂层
[0089](A)将自动化雾化喷枪的压力接头与压力设备连接，将自动化雾化喷枪的供料接头连接上导管，导管另一端插入供料容器中；自动化雾化喷枪选用济宁腾霄喷雾设备有限公司生产的型号为WA-101自动雾化喷枪。
[0090](B)将除油后的TiNiFe2形状记忆合金管接头加热到120°C ；
[0091](C)调节自动化雾化喷枪的喷涂压力为0.2MPa，喷涂距离为20cm，涂敷厚度为43微米，制得涂覆有聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的TiNiFe2形状记忆合金管接头；
[0092]步骤四:高温固化、室温冷却
[0093]将涂覆有聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的TiNiFe2形状记忆合金管接头放入加热箱中，在加热温度380°C下、加热时间25分钟后，取出，自然冷却后，制得具有耐磨涂层的TiNiFe2形状记忆合金管接头。
[0094]步骤五:性能分析
[0095]对实施例1制得的具有耐磨涂层的TiNiFe2形状记忆合金管接头上的聚四氟乙烯基的耐磨涂层(五元复合涂层)进行成分物相分析。从图1的谱中可知，氧元素表示聚醚砜树脂加入到涂层中，娃元素表示碳化娃粉末加入到涂层中，钥元素表示二硫化钥粉末加入到涂层中，镉元素表示硫化镉粉末加入到涂层中。从图1A中可以看出纯的PTFE和本发明五元复合涂层的区别，其中的碳化硅、二硫化钥和硫化镉渗入到五元复合涂层中。
[0096]将实施例1制备有五元复合涂层的形状记忆合金管接头进行纳米压痕实验分析:
[0097] 通过纳米压痕的方法测定了聚四氟乙烯基的耐磨涂层的弹性模量和硬度。实验中测定了 5个点，各个点的弹性模量和硬度值为(单位均为GPa): 10.8,0.44 ；8.7,0.36 ；11.2、
0.48 ;13.5、0.47 ;12.6、0.43。纳米显微力学探针选用美国MTS公司生产的型号为NanoIndenter II的纳米显微力学探针。
[0098]实验中测得的五组数据有较大的分散性，理想值与数据的平均值存在偏差，不能简单采用平均值计算。研究中采用Weibull统计分析来处理数据，以减小误差。[0099]Weibull统计分析给出了弹性模量的线性回归曲线方程记为
【权利要求】
1.一种用于管接头的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料，其特征在于:该耐磨涂层材料中包括有聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚砜(PES)、碳化硅(SiC)、二硫化钥(MoS2)和硫化镉(CdS); 用量:100g的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料中有35g~55g的聚四氟乙烯(PTFE)、8g~18g的碳化娃(SiC)、8g~18g的二硫化钥(MoS2)、3g~9g的硫化镉(CdS)、以及余量的聚醚砜(PES)。
2.根据权利要求1所述的用于管接头的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料，其特征在于:聚四氟乙烯基的耐磨涂层的弹性模量Etl = 12.28GPa、硬度H。= 0.46GPa。
3.根据权利要求1所述的用于管接头的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料，其特征在于:经600s的摩擦磨损实验后，喷涂有聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的管接头上的涂层仍未被磨破。
4.一种采用热喷涂工艺在管接头上制备聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的方法包括有下列步骤: 步骤一:配制聚四氟乙烯基涂层材料 (A)按照聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的目的成分称取各物质: 用量:100g的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料中有35g~55g的聚四氟乙烯(PTFE)、8g~18g的碳化娃(SiC)、8g~18g的二硫化钥(MoS2)、3g~9g的硫化镉(CdS)、以及余量的聚醚砜(PES)； (B )将聚醚砜(PES )、碳化硅(SiC)、二硫化钥(MoS2)和硫化镉(CdS )加入到聚四氟乙烯中，在搅拌速度为300~600转/分下,搅拌时间10~30分钟后,制得混合均匀的第一混合料； (C)将乙醇与去离子水混合，得到混合均匀的稀释剂；用量:乙醇与去离子水的重量份比为5:1; (D)将第一混合料和稀释剂加入到卧式球磨机中，放入大球、中球和小球，球磨2~24小时后，制得粒度为120目~200目的聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料； 用量:100g的第一混合料中加入IOg~20g的稀释剂； 球磨介质用量:大球、中球和小球之比为3:4:3 ； 所述的大球为不锈钢球，直径为20mm ； 所述的中球为不锈钢球，直径为IOmm; 所述的小球为不锈钢球，直径为6mm ； 步骤二:管接头的除油处理 将金属洗净剂加入到去离子水中，混合得到质量百分比浓度为2~3%的水溶液；然后将管接头浸泡在20°C~40°C下的水溶液中进行3~10分钟的清洗,得到除油后的管接头； 步骤三:热喷涂制涂层 (A)将自动化雾化喷枪的压力接头与压力设备连接，将自动化雾化喷枪的供料接头连接上导管，导管另一端插入供料容器中； (B)将除油后的管接头加热到100°C~150°C； (C)调节自动化雾化喷枪的喷涂压力为0.2~0.3MPa，喷涂距离为15~20cm，涂敷厚度为30~50微米，制得涂覆有聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的管接头； 步骤四:高温固化、室温冷却将涂覆有聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的管接头放入加热箱中，在加热温度300°C~400°C下、加热时间15~30分钟后，取出，自然冷却后，制得具有耐磨涂层的管接头。
5.根据权利要求4所述的采用热喷涂工艺在管接头上制备聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的方法，其特征在于:制备有聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的管接头，经IOmin的摩擦磨损实验后，管接头上的涂层仍未被磨破。
6.根据权利要求4所述的采用热喷涂工艺在管接头上制备聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的方法，其特征在于:管接头是形状记忆合金管接头、或者不锈钢管接头。
7.根据权利要求6所述的采用热喷涂工艺在管接头上制备聚四氟乙烯基的耐磨涂层材料的方法，其特征在于 :管接头是钛镍基形状记忆合金管接头。
【文档编号】C09D7/12GK103694813SQ201310680781
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】刘福顺, 陈猛猛 申请人:北京航空航天大学