一种基于微织构表面的自修复、自润滑涂层的制备方法与流程

本发明属于自润滑材料涂层的技术领域，尤其涉及基于微织构表面的自修复、自润滑涂层的高耐磨自润滑涂层的制备方法。

背景技术：

随着汽车、航天、航空制造等领域的发展,自润滑轴承以及相关部件中的摩擦学问题显得十分突出。而自修复聚合物复合材料能够对磨损区域的微裂纹以及磨损尺寸进行自动修复，从而延长部件的服役寿命，对降低装备维修费用、减少装备维修时间、延长装备使用寿命、保证设备发挥最大效能等方面均具有非常重要的意义。

微织构可以改变材料在摩擦过程的接触状态、改善微表面的摩擦磨损性能。近年来，诸多专利已经报道过在材料表面进行微织构可以有效起到抗磨减摩的作用，如：专利申请号(2013105020736)在活塞环摩擦面经过激光微织构处理后其摩擦系数、摩擦功耗明显降低；然而激光微织构方法会导致激光熔融的材料在凹坑底部和周围堆积，需要对其进行二次处理，否则影响织构的效果。专利公布号(cn106521505a)便通过光刻刻蚀制造微织构摩擦表面的方法，能够显著改善表面摩擦性。然而，光刻加工结束后，需要反应液去胶掩膜，且对试样表面的清洁度有较高的要求，不适用与大面积制备。因此如果能够让制造微织构的本身方法的缺点变为优点，则会大大提高微织构的应用范围。

众所周知，表面织构位置处存储有油脂、润滑液等,则会在摩擦过程中会形成具有润滑的滑动薄膜。虽然润滑液和油润滑具有效果，但对于微织构表面涂层的磨损区域无法进行修复。因此，本发明将具有自修复功能的微胶囊存储至微织构中，以得到对其涂层的磨损区域进行自修复的目的。目前在微织构中存储自修复、自润滑的微胶囊，以及基于微织构化的自修复、自润滑的涂层尚未见报道。因此，本发明则利用激光制备微织构，并在其凹坑底部和周围堆积来的位置储存微胶囊，最后在微织构表面涂覆能够自润滑且有自修复功能的涂层，达到对零部件双重保护作用。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种可施工性强、操作性强、高耐磨、使用寿命长高性价比的基于微织构表面的自修复、自润滑涂层的制备方法。本发明首先利用制备激光微织构方法加工微织构；其次分别合成了自修复和自润滑的微胶囊，并储存于微织构中；最后将自修复和自润滑的微胶囊制备涂料,经涂覆和固化,制得于微织构表面的自修复、自润滑涂层。

本发明的技术方案如下：

一种基于微织构表面的自修复、自润滑涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)微织构的制备：

①将基体表面经过砂纸机械打磨，并经过0.1～0.3的抛光布抛光至ra为0.05～0.5μm。

②选用激光方法制备微织构，其激光参数：功率6～18w；激光线间距0.05～0.3μm；激光扫描次数5～20次，制备出微织构阵列尺寸为直径50～400μm、深度5～60μm、间距为20～200μm。

(2)微胶囊的制备：

①按组成配比分别称取自修复微胶囊所需原料，其中尿素:间苯二酚:氯化铵＝10～15:1:2～4，十二烷基苯磺酸钠(sdbs):聚乙烯醇(pva-124):去离子水(di)＝2～4:1:250～300，pa:dbp＝2～4：1，所述溶液用冰醋酸和氢氧化钠调节ph至适当数值，溶液的ph调为3～4，加入甲醛(pa)和邻苯二甲酸二丁酯(dbp)，利用原位聚合法制备，最终反应温度40～70℃，反应时间4h，过滤干燥，得到脲醛树脂(uf)包覆邻苯二甲酸二丁酯(dbp)的自修复微胶囊。所述自修复微胶囊粒径为400～600nm。

②按组成配比分别称取自润滑微胶囊所需原料，其中聚α-烯烃合成油(pao):聚苯乙烯(ps):二氯甲烷(dcm)＝1～3:2:10～15，电磁搅拌均匀溶液；以及阿拉伯树胶:聚乙烯醇(pva):去离子水＝0.1～0.5:1:100～120，在搅拌速度200～500rpm/min条件下混合均匀，利用溶剂蒸发法制备，微胶囊合成的反应温度60～80℃，反应时间6～8h，之后室温干燥24h，得到聚苯乙烯包聚α-烯烃合成油的微胶囊。所述自润滑微胶囊粒径尺寸为1～5μm。

(3)微织构中存储微胶囊：

将微胶囊均匀的存储到微织构中，将自修复和自润滑的微胶囊质量比按照1～2:3，微胶囊和无水乙醇质量比为1～3:25；采用超声分散2h混合均匀，最后旋涂或喷涂至微织构中存储，室温干燥1h即可。

(4)复合涂料的制备：

将自修复和自润滑的微胶囊质量比按照，自修复微胶囊和自润滑微胶囊质量比为1～2:3，微胶囊:环氧树脂＝1～4:20，采用电磁搅拌方法，一定温度均匀混合；所述搅拌温度30～60℃，搅拌速度100～400rpm/min，电磁搅拌混合均匀。

(5)自修复、自润滑涂层的制备：

将上述复合涂料均匀涂覆在内含微胶囊的微织构表面，在40～80℃，固化30min，随后室温干燥24h，即可。

优选地，所述步骤(1)①中，基体ra为0.05～0.15μm。

优选地，步骤(1)②中，功率6～12w；激光线间距0.15～0.2μm；激光扫描次数10～15次；微织构阵列尺寸为直径200～400μm、深度20～60μm、间距为100～200μm。

优选地，所述步骤(2)①中按所述质量尿素:间苯二酚:氯化铵＝10～13:1:3～4，sdbs:pva-124:di＝3～4:1:280～300，pa:dbp＝3～4：1，溶液的ph调为3.5～3.8，最终反应温度60～70℃，反应时间4h即可。

优选地，所述步骤(2)②中按所述质量pao:ps:dcm＝1～2:2:10～12，阿拉伯树胶:聚乙烯醇:去离子水＝0.3～0.5:1:100～110，在搅拌速度300～500rpm/min条件下混合均匀，微胶囊合成的反应温度60～70℃，反应时间6～7h。

优选地，步骤(3)中自修复和自润滑的微胶囊质量比为1～1.5:3，微胶囊和无水乙醇质量比为1～2:25。

优选地，步骤(4)中自修复和自润滑的微胶囊质量比为1～1.5:3，微胶囊:环氧树脂＝1～2:20；述搅拌温度40～50℃，搅拌速度200～400rpm/min。

优选地，步骤(5)中固化温度60～80℃，固化30min，随后室温干燥24h，即可。

本发明的另一技术方案是根据上述方法制备的基于微织构表面的自修复、自润滑涂层的高耐磨自润滑涂层。

本发明与现有技术相比具有如下优点

(1)成型工艺简便、施工性强,制备成本低廉；

(2)基于微织构表面的自修复、自润滑涂层与金属基材结合强度高,所制复合材料的机械强度大、使用寿命长；

(3)基于微织构表面的自修复、自润滑涂层具有优良的润滑性能(摩擦系数位0.02～0.04)、耐磨性能、自修复性、稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的自修复微胶囊sem图。

图2为本发明实施例2制备的自润滑微胶囊sem图。

图3为本发明实施例1的摩擦系数测定图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要指出的是，以下实施例只适用于对本发明进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，与该领域相关的普通人员，对本发明进行的一些非本质的调整和改进，包括微织构存储其他系列的微胶囊、微织构的形状和尺寸、微织构的基体仍属于本发明的保护范围。

实施例1

(1)微织构的制备：

①将316l不锈钢基体表面经过砂纸机械打磨，并经过0.3的抛光布抛光至ra为0.05μm，

②选用激光功率8w、激光线间距0.15μm、激光扫描次数10次；得到微织构阵列尺寸为直径200μm、深度20μm、间距为100μm。

(2)微胶囊的制备：

①按组成配比分别称取微胶囊所需原料，其中尿素:间苯二酚:氯化铵＝10(10g):1:3，sdbs:pva-124:di＝3(1.5g):1:280，pa:dbp＝4(20g)：1，溶液的ph调为3.8，最终反应温度60℃，反应时间4h，过滤干燥即可。

②按组成配比分别称取微胶囊所需原料，其中pao:ps:dcm＝1(2g):2:12，以及阿拉伯树胶:聚乙烯醇:去离子水＝0.3(0.6g):1:110，在搅拌速度400rpm/min条件下混合均匀，微胶囊合成的反应温度70℃，反应时间6h，之后室温干燥24h即可。

(3)微织构中存储微胶囊：

将微胶囊均匀的存储到微织构中，将自修复和自润滑的微胶囊质量比按照1(2g):2，微胶囊和无水乙醇质量比为1(6g):25，分别称取；采用超声分散2h混合均匀，最后旋涂至微织构中存储，室温干燥1h即可。

(4)复合涂料的制备：

将自修复和自润滑的微胶囊质量比按照，自修复微胶囊和自润滑微胶囊质量比为1(2g):2，微胶囊:环氧树脂＝1(4g):20；述搅拌温度40℃，搅拌速度200rpm/min，电磁搅拌混合均匀。

(5)自修复、自润滑涂层的制备：

将上述复合涂料均匀涂覆在内含微胶囊的微织构表面，在60℃固化30min，随后室温干燥24h。

实施例2

(1)微织构的制备：

①将316l不锈钢基体表面经过砂纸机械打磨，并经过0.3的抛光布抛光至ra为0.1μm，

②选用激光功率10w、激光线间距0.2μm、激光扫描次数15次；得到微织构阵列尺寸为直径400μm、深度30μm、间距为200μm。

(2)微胶囊的制备：

①按组成配比分别称取微胶囊所需原料，其中尿素:间苯二酚:氯化铵＝10(10g):1:3，sdbs:pva-124:di＝3(1.5g):1:280，pa:dbp＝4(20g)：1，溶液的ph调为3.8，最终反应温度60℃，反应时间4h，过滤干燥即可。

②按组成配比分别称取微胶囊所需原料，其中pao:ps:dcm＝1(2g):2:12，以及阿拉伯树胶:聚乙烯醇:去离子水＝0.3(0.6g):1:110，在搅拌速度400rpm/min条件下混合均匀，微胶囊合成的反应温度70℃，反应时间6h，之后室温干燥24。

(3)微织构中存储微胶囊：

将微胶囊均匀的存储到微织构中，将自修复和自润滑的微胶囊质量比按照1(2g):2，微胶囊和无水乙醇质量比为1(6g):25，分别称取；采用超声分散2h混合均匀，最后旋涂至微织构中存储，室温干燥1h即可。

(4)复合涂料的制备：

将自修复和自润滑的微胶囊质量比按照，自修复微胶囊和自润滑微胶囊质量比为1(2g):2，微胶囊:环氧树脂＝1(4g):20；述搅拌温度40℃，搅拌速度200rpm/min，电磁搅拌混合均匀。

(5)自修复、自润滑涂层的制备：

将上述复合涂料均匀涂覆在内含微胶囊的微织构表面，在70℃固化30min，随后室温干燥24h即可。