[发明专利]一种聚醚醚酮/黑磷自润滑复合涂层、复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚醚醚酮/黑磷自润滑复合涂层、复合材料及其制备方法，制备方法包括：将黑磷粉末、聚醚醚酮粉末和表面活性剂溶液混合制成的浆料涂覆于基体的表面，之后进行烘干，在基体表面得到涂层粗制品；对具有涂层粗制品的基体进行烧结固化以及热处理，在基体的表面形成所述聚醚醚酮/黑磷自润滑复合涂层。本发明引入了黑磷作为润滑添加剂，制得的涂层减摩抗磨性能优良，涂层与基体结合较好，硬度较高，可显著降低机械零部件在低速、高速运转中的磨损，且制备工艺简单、涂层成分可控，可在航空、汽车、船舶等工业领域广泛应用。

技术领域

本发明属于固体自滑涂层技术领域，具体涉及一种聚醚醚酮/黑磷自润滑复合涂层、复合材料及其制备方法。

背景技术

轴承材质以铁基、铜基、铝基合金居多，摩擦系数较大，运行过程中易发生剧烈磨损，引起零件变形、表面质量恶化以及额外的能量消耗，降低了系统的寿命和可靠性。传统的润滑油润滑效果不足，且无法在高温、高压或水环境下服役，因此固体自润滑涂层的研究和应用近年来得到快速的发展。高分子聚醚醚酮(PEEK)因其出色的自润滑性能、耐高温和机械性能被称为“特种工程塑料”，同时是目前市场上性能最优异的涂料之一，其涂层制品广泛应用于工业和制造业。

传统的聚醚醚酮涂层多采用火焰喷涂技术制备，喷涂过程中粉末需要在极短时间内完成从熔化到附着于基体表面整个过程，涂料流动性不佳，空气来不及排出等因素使得涂层组织疏松，结合力较差，机械性能和摩擦学性能不足。随着我国科技水平的高速发展，对机械零部件性能和服役环境的要求也日益严苛，传统的聚醚醚酮涂层已不能满足机械加工要求，迫切需要研究新工艺和新材料制备性能更为优异的聚醚醚酮基复合涂层。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种聚醚醚酮/黑磷自润滑复合涂层、复合材料及其制备方法，以改善聚醚醚酮基复合涂层的润滑性能和磨损严重的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种聚醚醚酮/黑磷自润滑复合涂层的制备方法，包括如下过程：

将黑磷粉末、聚醚醚酮粉末和表面活性剂溶液混合制成的浆料涂覆于基体的表面，之后进行烘干，在基体表面得到涂层粗制品；

对具有涂层粗制品的基体进行烧结固化以及热处理，在基体的表面形成所述聚醚醚酮/黑磷自润滑复合涂层。

优选的，所述浆料的制备过程包括：将黑磷粉末与聚醚醚酮粉末进行球磨得到混合粉料；将所述混合粉料倒入表面活性剂溶液中，充分搅拌配制成所述浆料。

优选的，制备所述浆料时，所述黑磷粉末的粒径不大于30μm，所述聚醚醚酮粉末的粒径不大于20μm：

球磨时的球料比(10:1)-(20:1)，大小球直径分别为10mm和5mm，球磨机转速为300-400 r/min，球磨时间2-5h。

优选的，所述混合粉料中，黑磷的质量百分含量为1％-6％。

优选的，所述表面活性剂溶液采用聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇的浓度范围 0.03g/mL -0.1g/mL ；

将混合粉料与表面活性剂溶液按质量比(1：2)-(1：1.4)混合并搅拌30-50min制成所述浆料；

当混合粉料中黑磷含量≥1wt.％且＜2wt.％时，聚乙烯醇的浓度范围0.03g/mL -0.04g/mL ；当混合粉料中黑磷含量≥2wt.％且＜4wt.％时，聚乙烯醇的浓度范围0.04g/mL-0.06g/mL ；当混合粉料中黑磷含量≥4wt.％且≤6wt.％时，聚乙烯醇的浓度范围0.06g/mL -0.1g/mL 。

优选的，浆料在基体表面的涂覆厚度为200-400μm，所述聚醚醚酮/黑磷自润滑复合涂层的厚度为40μm-120μm。

优选的，对具有涂层粗制品的基体进行烧结固化的过程包括：