Fluorimid2BL黏结固体润滑涂层的成分分析及其与HM-1400C涂层性能比较

２０１３年３月　第３８卷第３期　

润滑与密封　

ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｍａｒ．２０１３　

Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．３　

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５４—０１５０．２０１３．０３．００１　Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ黏结固体润滑涂层的成分分析及其与　

ＨＭ．１４００Ｃ涂层性能比较　

万宏启　陈晓锦　陈磊　冶银平　周惠娣　陈建敏　（１．中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州７３００００；　２．空军驻山西地区军事代表室　山西太原０３００２４）　

摘要：采用红外光谱、ＸＲＤ和ＥＤＳ对进口Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ黏结固体润滑涂层的成分进行分析，对比考察Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层和国产ＨＭ一１４００Ｃ涂层的理化性能，并采用ＭＭ－２００型摩擦磨损实验机评价２种涂层在不同载荷下的摩擦学性　能。实验结果表明，Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层主要由聚酰亚胺、聚四氟乙烯和石墨组成，其理化性能与国产ＨＭ一１４００Ｃ涂层相　当。与进口Ｆｌｕｏｆｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层相比，ＨＭ－１４００Ｃ涂层的摩擦因数较低，耐磨寿命较长，表明ＨＭ一１４００Ｃ涂层比Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层具有更好的摩擦磨损性能。　关键词：黏接固体润滑涂层；ＰＴＦＥ；摩擦磨损　中图分类号：ＴＧ３５６．１６文献标识码：Ａ文章编号：０２５４—０１５０（２０１３）３—００１—４　

Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２　ＢＬ　Ｂｏｎｄｅｄ　Ｓｏｌｉｄ　Ｌｕｂｒｉｃａｎｔ　Ｃｏａｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｈ　ＨＭ－１４ＯＯＣ　Ｃｏａｔｉｎｇ　Ｗａｎ　Ｈｏｎｇｑｉ　Ｃｈｅｎ　Ｘｉａｏｊｉｎ　Ｃｈｅｎ　Ｌｅｉ　Ｙｅ　Ｙｉｎｐｉｎｇ　Ｚｈｏｕ　Ｈｕｉｄｉ　Ｃｈｅｎ　Ｊｉａｎｍｉｎ　（１．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｓｏｌｉｄ　Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ，Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｇａｎｓｕ　７３００００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａｎｘｉ　Ｒｅｇｉｏｎ　Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ　Ｏｆｆｉｃｅ　ｏｆ　Ａｉｒ　Ｆｏｒｃｅ，　Ｔａｉｙｕａｎ　Ｓｈａｎｘｉ　０３００２４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＦＴｒＩＲ　ｓｐｅｃｔｒａ，ＸＲＤ　ａｎｄ　ＥＤＳ　ｗｅｒｅ　ｅｍｐｌｏｙｅｄ　ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ　ｂｏｎｄｅｄ　ｓｏｌｉｄ　ｌｕｂｒｉｃａｎｔ　ｃｏａｔｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ＨＭ一１４００Ｃ　ｃｏａｔｉｎｇ．　Ｔｈｅ　ｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ　ｃｏａｔｉｎｇ　ａｎｄ　ＨＭ－－１４００Ｃ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｂｙ　ＭＭ－２００　ｆｒｉｃｔｉｏｎ・－ｗｅａｒ　ｔｅｓｔｅｒ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｌｏａｄｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｉｓ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ，ＰＴＦＥ　ａｎｄ　ｇｒａｐｈｉｔｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ　ｃｏａｔｉｎｇ　ａｒｅ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｔｏ　ＨＭ一１４００Ｃ　ｃｏａｔｉｎｇ．ＨＭ一１４００Ｃ　ｃｏａｔ－　ｉｎｇ　ｄｉｓｐｌａｙｓ　ａ　ｌｏｗｅｒ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ａｎｄ　ａ　ｌｏｎｇｅｒ　ｗｅａｒｉｎｇ　ｌｉｆｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ　ｃｏａｔｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ＨＭ一１４００Ｃ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ　ａ　ｂｅｔｔｅｒ　ｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｔｈａｎ　Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ　ｃｏａｔｉｎｇ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｏｎｄｅｄ　ｓｏｌｉｄ　ｌｕｂｒｉｃａｎｔ　ｃｏａｔｉｎｇ；ＰＴＦＥ；ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗｅａｒ　

黏结固体润滑涂层是固体润滑涂层材料的主要类　型之一，它是将固体润滑剂分散于有机或无机黏结剂　体系中，再用类似于油漆的涂装工艺在摩擦部件表面　上成膜以降低摩擦磨损的一种新型润滑技术。自　１９４６年美国ＮＡＳＡ研制出第一种含二硫化钼的有机　黏结固体润滑涂层后，因其性能独特，有关这一类材　料的研究和应用均得到了迅速的发展　。我国从２０　世纪６０年代就开始了黏结固体润涂层的研究，先后　

｝基金项目：国家自然科学基金项目（５１１７５４９１）．　收稿日期：２０１２—１０—０８　作者简介：万宏启（１９７８一），男，博士研究生，副研究员，主　要从事固体润滑涂层材料的研制和应用研究．Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｈｑｌｉｃｐ＠　ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ．　

研制了几十个品种的黏结固体润滑涂层材料，为航空　航天等高技术领域解决了一系列特殊工矿如高温、高　负荷、高真空、原子氧等条件下的润滑难题　。　固体润滑剂是黏结固体润滑涂层的主要成份，对　涂层的耐磨寿命和摩擦因数起决定作用。常用的固体　润滑剂有二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯等　。　，与黏　结ＭｏＳ，基和石墨基固体润滑涂层相比，黏结ＰＴＦＥ基　固体润滑涂层具有高度的化学惰性和在较低载荷下具　有较低的摩擦因数和较长的耐磨寿命　。如某型号国　产发动机上的多种零部件需要涂敷法国ＦＬＵＯＲＯ—　ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ公司的Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ聚四氟乙烯涂层，　这种涂层具有化学惰性、不可润湿性、防黏附以及在　无油状况下具有润滑作用，可在一２００～３００℃的温　２　润滑与密封　第３８卷　度范围内使用。本文作者分析了进口Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ　黏结固体润滑涂层的主要成分，选取与Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ　涂层成分相似的国产ＨＭ－１４００Ｃ涂层（中国科学院兰　州化学物理研究所产品，组成为聚酰亚胺树脂、聚四　氟乙烯、石墨和纳米填料）与之对比，考察了２种　涂层的基本理化性能和摩擦学性能，以期为国产　ＨＭ一１４００Ｃ涂层替代进口Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层提供实验　数据和理论基础。　１实验部分　１．１　Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层的成分分析　用Ｂｉｏ—Ｒａｄ　ＦＴＳ－１６５型红外光谱仪测定Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ涂料树脂的红外光谱，确定树脂的结构；分别采　用用Ｐｈｉｌｉｐｓ　Ｘ’Ｐｅｒｔ—ｐｒｏ型ｘ射线衍射仪和ＦＥＩ—Ｔｅｃｎａｉ　Ｆ３０场发射电子显微镜对Ｆｌｕｏｆｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层进行表　征，确定涂层中固体润滑剂的物相和元素组成。　１．２涂层制备　用类似于油漆的涂装工艺在试样表面涂膜，将涂　有涂层的试样经固化处理（１５０℃×０．５　ｈ＋１７０　ｏＣ×　１　ｈ）后随烘箱冷却即可评价或使用。涂层表面粗糙　度约为Ｒａｌ　ｍ，理化性能测试试样涂层厚度按美军　标规定的厚度５一ｌ３　ｍ，摩擦磨损试样涂层厚度为　１５～２０　ｍ。　１．３　涂层理化性能和摩擦学性能评价　涂层的理化性能测试按国标或美军标进行评价。　涂层的摩擦学性能采用济南试验机厂生产的　ＭＭ－２００型摩擦磨损实验机进行评价，其摩擦副接触　形式及试环尺寸如图１所示。实验件为ＧＣｒｌ５钢环，　上试样固定，下试样涂膜。在０．４２５　ｍ／ｓ的速度　（２００　ｒ／ｍｉｎ）下，分别在１　５６０，９８０，４９０，２４５　Ｎ的　载荷下评价涂层的摩擦学性能，涂层的耐磨寿命和摩　擦因数由实验机自动记录和处理。　

图１　ＭＭ－２００型摩擦磨损实验机试样接触方式示意图（ｍｍ）　Ｆｉｇ　１　Ｃｏｎｔａｃｔ　ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ　ｃｏｕｐｌｅ　ｏｆ　ＭＭ－２００　ｆｒｉｃｔｉｏｎ—ｗｅａｒ　ｔｅｓｔｅｒ（ｍｍ）　

２结果与讨论　２．１干膜润滑剂的成分分析　图２示出了Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层树脂的红外光谱。　可以看出，３　２００　ｃｍ　处为酰胺基团Ｎ—Ｈ的特征吸　收峰，１　６６７　ｃｍ　处为羰基Ｃ＝Ｏ的对称伸缩振动　峰，１　６００　ｃｍ　处为苯环Ｃ＝Ｃ的伸缩振动峰，１　１１０　ｃｍ　处为Ｃ—Ｎ对称伸缩振动峰，各特征吸收峰与典　型的聚酰亚胺的特征吸收峰完全对应，表明Ｆｌｕｏｆｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层的树脂成分为聚酰亚胺树脂。　

ＷａｖｅｎｕｍｂｅｒＡ／ｃｍ一　图２　Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层树脂的红外光谱　Ｆｉｇ　２　ｒｎＲ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｎ　ｆｏｒ　Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ　ｃｏａｔｉｎｇ　

图３为Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层的ＸＲＤ和ＥＤＳ谱图。　

Ｄｉｆｒａｃｔｉｏｎ　ａｎｇｌｅ　２　ｅ，（。）　（ａ）ＸＲＤ谱图　

０　１　２　３　４　５　６　７　８　９　１０　ｋｅＶ　

（ｂ）ＥＤＳ谱图　图３　Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层的ＸＲＤ和ＥＤＳ谱图　Ｆｉｇ　３　ＸＲＤ　ａｎｄ　ＥＤＳ　ｐａｔｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ　ｃｏａｔｉｎｇ　

枷　姗　２０１３年第３期　万宏启等：Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ黏结固体润滑涂层的成分分析及其与ＨＭ一１４００Ｃ涂层性能比较　３　从图（ａ）可以看出，Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层的固体　润滑剂主要为聚四氟乙烯，并含有少量石墨。与　ＸＲＤ分析结果相同，Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层的ＥＤＳ谱图　中只有ｃ和Ｆ　２种元素，其原子百分比为６９．２７：　３Ｏ．７３，碳原子百分含量偏高，这是由于ＥＤＳ谱图中　的碳还包含了树脂中的有机碳。少量石墨的添加，可　以提高聚四氟乙烯的承载能力，利用石墨和聚四氟乙　烯之间的协同效应，延长涂层的耐磨寿命。　

２．２涂层的理化性能　表１给出了ＨＭ一１４００Ｃ涂层和Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层　的多项理化性能检测结果。可以看出，ＨＭ．１４００Ｃ涂　层和Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层在相同的实验条件下，其理　化性能相当，均能满足黏结固体润滑涂层基本理化性　能的要求。　

表１　ＨＭ．１４００Ｃ涂层和Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层的理化性能　Ｔａｂｌｅ　１　Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ＨＭ一１４００Ｃ　ｃｏａｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ　ｃｏａｔｉｎｇ　

注：１）介质为丙酮、１２０　汽油、ＲＰ．３航空煤油。　２．３　涂层的摩擦学性能　在不同实验载荷下的摩擦因数随时间的变化曲线。　图４示出了ＨＭ一１４００Ｃ涂层和Ｆｌｕｏｒｉｍｉｄ　２ＢＬ涂层