一種海水液壓馬達(dá)配對副材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料及液壓零部件制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水液壓馬達(dá)配 副材料及制備方法，特別是指一種馬達(dá)配對副的高分子復(fù)合材料及復(fù)合材料凈成形制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以自然水為工作介質(zhì)的水液壓傳動技術(shù)在海洋開發(fā)、深海探測、潛艇、艦船和水下 作業(yè)工具以及機(jī)械手、礦山開采、建筑機(jī)械、核能產(chǎn)業(yè)和造紙工業(yè)等領(lǐng)域有著廣闊的前景。 但由于水的低粘度、潤滑性能差和氣化壓力高等特殊性質(zhì)，使得水液壓元件中零部件的摩 擦、磨損及腐蝕問題很嚴(yán)重。而零部件中的配對副由于在工作的過程中在不停的進(jìn)行往復(fù) 運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，再加之重載，更易腐蝕、磨損，進(jìn)而導(dǎo)致失效，嚴(yán)重影響水液壓馬達(dá)的正常 使用及使用壽命。國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的專家針對水液壓元件配對副存在的問題一直進(jìn)行著研 究，解決問題的思路是直接選用抗磨損、高潤滑及耐腐蝕的材料。但這些材料一般都是進(jìn)口 材料，即使不是進(jìn)口材料，價(jià)格也非常貴，嚴(yán)重限制了水液壓元件產(chǎn)品的市場化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)不足而提供一種復(fù)合材料成分設(shè)計(jì)合理、加工工藝簡單、生 產(chǎn)成本低、能適應(yīng)海水環(huán)境的水液壓馬達(dá)配對副材料及制備方法。
[0004] 本發(fā)明的具體方案如下：
[0005] 為了獲得摩擦性能更優(yōu)，經(jīng)濟(jì)性更好的水液壓馬達(dá)摩擦副材料，本發(fā)明采用PTFE (聚四氟乙烯)作為基體材料，通過添加不同配比具有自潤滑、減磨、減阻效應(yīng)的材料，用來 改善PTFE材料的機(jī)械及摩擦性能，進(jìn)而獲得所需的摩擦性能較好的PTFE復(fù)合材料。
[0006] 本發(fā)明一種海水液壓馬達(dá)配對副材料，由100份重量份數(shù)的以下原料組成:聚四氟 乙烯粉末65-85份、二氧化硅粉末5-10份、二硫化鉬粉末5-15份和石墨粉末5-15份。
[0007] 最優(yōu)配比為100份重量份數(shù)中，聚四氟乙烯粉末占65份，二氧化硅占5份，二硫化鉬 占15份，石墨占15份;所述的聚四氟乙稀粉末為基體材料，平均粒徑為1 Own;添加復(fù)合材料 中，二氧化娃平均粒徑為15nm，二硫化鉬平均粒徑為1石墨平均粒徑為40nm〇
[0008] 本發(fā)明一種海水液壓馬達(dá)配對副材料的制備方法，具體步驟如下：
[0009] 第一步:配料
[0010]稱取m組不同配比的原料，m2 9,每組由100份重量份數(shù)的以下原料組成:聚四氟乙 烯粉末65-85份、二氧化硅粉末5-10份、二硫化鉬粉末5-15份和石墨粉末5-15份，并分別利 用超聲波分散儀進(jìn)行粉末的分散，即利用超聲空化產(chǎn)生的強(qiáng)沖擊波和微射流等，弱化粒子 間的作用能，防止粒子的團(tuán)聚。
[0011] 第二步:濕法攪拌
[0012] 對于每組原料，首先在容器中加入重量比為1000:1的無水乙醇和硅烷偶聯(lián)劑，然 后將容器放入超聲波清洗器中進(jìn)行振蕩，接著將稱量好的二硫化鉬粉末加入容器中用玻璃 棒攪拌，lOmin后加入稱量好的納米石墨粉體邊振蕩邊用玻璃棒攪拌，然后加入稱量好的二 氧化硅和聚四氟乙烯粉末進(jìn)行振蕩及攪拌。
[0013] 第三步:干燥
[0014]將振蕩、攪拌獲得的m組混合物均放入數(shù)顯式鼓風(fēng)干燥箱中烘干，得到干燥的混合 均勻的m組聚四氟乙烯復(fù)合材料混合物。
[0015]第四步:機(jī)械攪拌
[0016]將每種配比的聚四氟乙烯復(fù)合材料混合物分成三等份分別放入高速攪拌機(jī)機(jī)械 攪拌。
[0017] 第五步:7令壓成型
[0018]將經(jīng)機(jī)械攪拌后的聚四氟乙烯復(fù)合材料混合物分別放入模具型腔內(nèi)壓制。
[0019] 第六步:燒結(jié)固化
[0020] 將經(jīng)冷壓成型后的聚四氟乙烯復(fù)合材料混合物放入箱式電阻爐中進(jìn)行燒結(jié)固化， 得到m組不同配比的樣品粗坯。
[0021] 第七步:機(jī)械加工
[0022] 根據(jù)水液壓馬達(dá)配對副設(shè)計(jì)尺寸及精度要求將m組樣品粗坯加工成m組配對副樣 品。
[0023] 第八步:摩擦磨損測試
[0024]將不銹鋼316L作為上端面試樣，每種配比的三份配對副樣品分別作為下端面試樣 組成摩擦副，采用天然海水作為配對副樣品的潤滑液，在屏顯式端面磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行摩 擦磨損試驗(yàn)，確定最耐磨的配對副樣品對應(yīng)的原料配比。
[0025]所述數(shù)顯式鼓風(fēng)干燥箱的烘干溫度為120°C，烘干時(shí)間為3h。
[0026]所述高速攪拌機(jī)的攪拌時(shí)間為lmin。
[0027] 所述的模具型腔在加載速度0.15MPa/s和成型壓力40MPa下壓制30min。
[0028]所述箱式電阻爐的燒結(jié)溫度控制在327-400°C之間；在燒結(jié)初始升溫階段，升溫速 率控制在1.33 °C /min，升溫時(shí)間為90min;進(jìn)入一次保溫階段，保溫30min;接著進(jìn)行二次升 溫，速率控制在1.16°C/min，升溫時(shí)間為150min;進(jìn)入二次保溫階段，再保溫60min;接著進(jìn) 行三次升溫，速率控制在1°C /min，升溫時(shí)間為50min，三次升溫后即為燒結(jié)溫度;進(jìn)入三次 保溫階段，再保溫60min;然后進(jìn)入降溫階段，速率控制在0.8°C/min，降溫時(shí)間為50min;進(jìn) 入四次保溫階段，保溫60min;最后隨爐冷卻到室溫，再保持24h。
[0029] 所述屏顯式端面磨損試驗(yàn)機(jī)的載荷設(shè)定為100N，轉(zhuǎn)速設(shè)定為100r/min，試驗(yàn)時(shí)間 為2h。
[0030]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0031] 1.本發(fā)明所制備的配流副材料由PTFE基體材料及納米粒子填充物復(fù)合而成，試驗(yàn) 測試后發(fā)現(xiàn)填充物對純PTFE材料的耐磨性能起很大的作用。納米Si02粒子的填充可以很好 地改善PTFE基體材料的機(jī)械性能，提高材料的硬度，從而增加其耐磨性能。M0S2和石墨二者 自身所具有的減摩潤滑性能使得復(fù)合物在與對偶面摩擦過程中可以很好地阻止對磨面溫 度的持續(xù)升高，降低塑形變形的產(chǎn)生，減少復(fù)合材料的粘著，進(jìn)而阻止PTFE基體材料的磨 損。
[0032] 2.本發(fā)明所獲得的水液壓馬達(dá)配對副材料具有良好的抗磨損性能及自潤滑性能， 最優(yōu)配比的馬達(dá)配對副材料摩擦系數(shù)為0.078，磨損率為9 X l(T5mm3 ? (N ? mr1，可以大大改 善配對副摩擦面之間摩擦磨損，從而達(dá)到減磨潤滑的目的，提高配對副的耐磨性，延長配對 副的使用壽命。
【附圖說明】
[0033] 圖1為各種配比的配對副樣品的平均摩擦系數(shù)柱形圖；
[0034] 圖2為各種配比的配對副樣品的平均磨損率柱形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0036] -種海水液壓馬達(dá)配對副材料的制備方法，包括如下步驟：
[0037] (1)稱取100份重量份數(shù)的以下原料：聚四氟乙烯（PTFE)粉末65-85份、二氧化硅 (Si02)粉末5-10份、二硫化鉬(MoS2)粉末5-15份和石墨粉末5-15份。選取原料的9種配比進(jìn) 行試驗(yàn)，具體配比列于表1中，其中，試驗(yàn)編號10為聚四氟乙烯材料。
[0038]表1PTFE及其添加復(fù)合材料的配比

[0040] (2)將放有無水乙醇和硅烷偶聯(lián)劑(無水乙醇和硅烷偶聯(lián)劑的重量比為1000:1)的 容器放入超聲波清洗器中進(jìn)行振蕩，接著將稱量好的M〇S2粉末加入溶液中用玻璃棒攪拌， lOmin后加入稱量好的石墨粉末邊振蕩邊用玻璃棒攪拌，同樣的步驟加入納米Si02粉末和 PTFE粉末進(jìn)行振蕩攪拌。
[0041] (3)將振蕩攪拌獲得的混合物放入數(shù)顯式鼓風(fēng)干燥箱中120°C烘干3小時(shí)，得到干 燥后的聚四氟乙烯復(fù)合材料混合物。同時(shí)為了使聚四氟乙烯復(fù)合材料混合物分散得更加均 勻，防止干燥后的聚四氟乙烯復(fù)合材料混合物出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，將聚四氟乙烯復(fù)合材料混合 物放入高速攪拌機(jī)機(jī)械攪拌lmin，得到干燥的混合均勻的聚四氟乙烯復(fù)合材料混合物。 [0042] (4)將混合完全的每種配比的聚四氟乙烯復(fù)合材料混合物分成三等份依次放入自 制的模具型腔內(nèi)，在加載速度〇.15MPa/s，成型壓力40MPa下壓制30min。
[0043] (5)為了使得聚四氟乙烯復(fù)合材料混合物的強(qiáng)度達(dá)到實(shí)際使用強(qiáng)度，將壓制后的 聚四氟乙烯復(fù)合材料混合物放入箱式電阻爐中進(jìn)行燒結(jié)固化，燒結(jié)溫度控制在327-400°C 之間。燒結(jié)完成后隨爐自然冷卻到室溫下，再保持24小時(shí)，得到樣品粗坯。
[0044] (6)按照水液壓馬達(dá)配對副設(shè)計(jì)尺寸及精度要求將樣品粗坯精研加工成配對副樣 品。
[0045] (7)將耐腐性和抗磨性能較好的不銹鋼316L作為上端面試樣，不同配比的三份配 對副樣品分別作為下端面試樣組成摩擦副，采用天然海水作為配對副樣品的潤滑液進(jìn)行摩 擦磨損試驗(yàn)，獲得每種配比的三份配對副樣品的摩擦系數(shù)和磨損率，并計(jì)算每種配比的配 對副樣品的平均摩擦系數(shù)(如圖1所示)和平均磨損率(如圖2所示）。由圖1和圖2可見，最優(yōu) 配比為100份重量份數(shù)中，聚四氟乙烯粉末占65份，二氧化硅占5份，二硫化鉬占15份，石墨 占15份;該配比的配對副樣品平均摩擦系數(shù)為0.078，平均磨損率為9 X l(T5mm3 ? (N ? mr1， 摩擦系數(shù)低，潤滑性能好，耐腐蝕性強(qiáng)，抗磨損性高，完全可以取代現(xiàn)有的聚四氟乙烯材料 (聚四氟乙烯材料的平均摩擦系數(shù)和平均磨損率如圖1和2的編號10所示)及聚醚醚酮材料 等，滿足海水液壓馬達(dá)的使用要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種海水液壓馬達(dá)配對副材料，其特征在于：由100份重量份數(shù)的以下原料組成：聚 四氟乙烯粉末65-85份、二氧化硅粉末5-10份、二硫化鉬粉末5-15份和石墨粉末5-15份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海水液壓馬達(dá)配對副材料，其特征在于:最優(yōu)配比為100 份重量份數(shù)中，聚四氟乙烯粉末占65份，二氧化硅占5份，二硫化鉬占15份，石墨占15份;所 述的聚四氟乙烯粉末為基體材料，平均粒徑為ΙΟμπι;添加復(fù)合材料中，二氧化硅平均粒徑為 15nm，二硫化鉬平均粒徑為1 · 41 μπι，石墨平均粒徑為40nm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海水液壓馬達(dá)配對副材料的制備方法，其特征在于:該方 法包括下述步驟： 第一步:配料 稱取m組不同配比的原料，m2 9,每組由100份重量份數(shù)的以下原料組成：聚四氟乙烯粉 末65-85份、二氧化娃粉末5-10份、二硫化鉬粉末5-15份和石墨粉末5-15份，并分別利用超 聲波分散儀進(jìn)行粉末的分散； 第二步:濕法攪拌 對于每組原料，首先在容器中加入重量比為1000:1的無水乙醇和硅烷偶聯(lián)劑，然后將 容器放入超聲波清洗器中進(jìn)行振蕩，接著將稱量好的二硫化鉬粉末加入容器中用玻璃棒攪 拌，lOmin后加入稱量好的納米石墨粉體邊振蕩邊用玻璃棒攪拌，然后加入稱量好的二氧化 硅和聚四氟乙烯粉末進(jìn)行振蕩及攪拌； 第三步:干燥 將振蕩、攪拌獲得的m組混合物均放入數(shù)顯式鼓風(fēng)干燥箱中烘干，得到干燥的混合均勻 的m組聚四氟乙烯復(fù)合材料混合物； 第四步:機(jī)械攪拌 將每種配比的聚四氟乙烯復(fù)合材料混合物分成三等份分別放入高速攪拌機(jī)機(jī)械攪拌； 第五步:冷壓成型 將經(jīng)機(jī)械攪拌后的聚四氟乙烯復(fù)合材料混合物分別放入模具型腔內(nèi)壓制； 第六步:燒結(jié)固化 將經(jīng)冷壓成型后的聚四氟乙烯復(fù)合材料混合物放入箱式電阻爐中進(jìn)行燒結(jié)固化，得到 m組不同配比的樣品粗坯； 第七步:機(jī)械加工 根據(jù)水液壓馬達(dá)配對副設(shè)計(jì)尺寸及精度要求將m組樣品粗坯加工成m組配對副樣品； 第八步:摩擦磨損測試 將不銹鋼316L作為上端面試樣，每種配比的三份配對副樣品分別作為下端面試樣組成 摩擦副，采用天然海水作為配對副樣品的潤滑液，在屏顯式端面磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行摩擦磨 損試驗(yàn)，確定最耐磨的配對副樣品對應(yīng)的原料配比。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種海水液壓馬達(dá)配對副材料的制備方法，其特征在于:所述 數(shù)顯式鼓風(fēng)干燥箱的烘干溫度為120 °C，烘干時(shí)間為3h。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種海水液壓馬達(dá)配對副材料的制備方法，其特征在于:所述 高速攪拌機(jī)的攪拌時(shí)間為lmin。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種海水液壓馬達(dá)配對副材料的制備方法，其特征在于:所述 的模具型腔在加載速度〇.15MPa/s和成型壓力40MPa下壓制30min。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種海水液壓馬達(dá)配對副材料的制備方法，其特征在于:所述 箱式電阻爐的燒結(jié)溫度控制在327-400 °C之間；在燒結(jié)初始升溫階段，升溫速率控制在1.33 °C/min，升溫時(shí)間為90min;進(jìn)入一次保溫階段，保溫30min;接著進(jìn)行二次升溫，速率控制在 1.16°C/min，升溫時(shí)間為150min;進(jìn)入二次保溫階段，再保溫60min;接著進(jìn)行三次升溫，速 率控制在l°C/min，升溫時(shí)間為50min，三次升溫后即為燒結(jié)溫度;進(jìn)入三次保溫階段，再保 溫60min;然后進(jìn)入降溫階段，速率控制在0.8°C/min，降溫時(shí)間為50min;進(jìn)入四次保溫階 段，保溫60min;最后隨爐冷卻到室溫，再保持24h。8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種海水液壓馬達(dá)配對副材料的制備方法，其特征在于:所述 屏顯式端面磨損試驗(yàn)機(jī)的載荷設(shè)定為100N，轉(zhuǎn)速設(shè)定為100r/min，試驗(yàn)時(shí)間為2h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了海水液壓馬達(dá)配對副材料及制備方法。水液壓元件中零部件的摩擦、磨損及腐蝕問題嚴(yán)重。海水液壓馬達(dá)配對副材料，由100份重量份數(shù)的以下原料組成：聚四氟乙烯粉末65?85份、二氧化硅粉末5?10份、二硫化鉬粉末5?15份和石墨粉末5?15份；該海水液壓馬達(dá)配對副材料的制備方法：配料、濕法攪拌、干燥、機(jī)械攪拌、冷壓成型、燒結(jié)固化、機(jī)械加工和摩擦磨損測試。本發(fā)明具有良好的抗磨損及自潤滑性能，優(yōu)選配比獲得的配對副材料平均摩擦系數(shù)為0.078，平均磨損率為9×10?5mm3·(N·m)?1，大大改善配對副摩擦面之間摩擦磨損，從而達(dá)到減磨潤滑目的，延長配對副的使用壽命。
【IPC分類】C08K3/36, C08L27/18, C08K3/30, C08K3/04
【公開號】CN105713327
【申請?zhí)枴緾N201610278205
【發(fā)明人】王志強(qiáng), 倪敬, 張熙倫, 高殿榮
【申請人】杭州電子科技大學(xué)