一种金属基多孔润滑材料孔隙改良方法

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1.本发明涉及多孔润滑材料领域，具体涉及一种金属基多孔润滑材料孔隙改良方法。

背景技术：

2.含油率和压溃强度是衡量多孔润滑材料使用性能的两个重要指标，但两者之间相互制约，含油率高意味着材料内部孔隙多，无疑会对材料强度产生不利影响。目前主要通过在制备过程中添加合金元素或金属氧化物增强相、改善原料形貌、使用新型造孔剂等方式在保证孔隙率的基础上提高多孔润滑材料强度，这些措施的不足是会增加制造成本，也让制造工序变得更加复杂。

技术实现要素：

3.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种金属基多孔润滑材料孔隙的改良方法，在不降低材料强度的同时对材料内部孔隙进行改良。不同于传统技术的是，本发明将金属基多孔润滑材料浸入到β-二酮或其有机溶液中，经过一段时间的缓慢化学反应，可以提高材料孔隙率、改善孔隙形貌和提升连通性，同时不会对材料的整体结构造成破坏，因此不会对材料强度产生不利影响。
4.本发明的技术方案如下：
5.一种金属基多孔润滑材料孔隙的改良方法，将制备完成的金属基多孔润滑材料浸入能与金属发生缓慢化学反应的β-二酮或其有机溶液中。
6.本发明的改良方法不是在烧结或其他制备过程中通过添加增强相、改善原料形貌、使用新型造孔剂等传统方式进行改良，而是在材料制备完成后，将材料浸入能与金属发生缓慢化学反应的β-二酮或其有机溶液中。
7.所述有机溶液与金属发生反应的产物能被溶解或能起到改善润滑作用的效果。
8.所述β-二酮有机液体与金属反应生成的金属螯合物具有改善润滑性能的作用，可起到抗氧化剂和耐磨剂。因此使用β-二酮有机液体对金属基多孔润滑材料处理完成后可以免除清洗环节。
9.优选地，所述β-二酮有机溶液中的有机溶液为c4以下的小分子醇。
10.所采用β-二酮或其有机溶液中的有效成分为小分子有机物，有效成分中的小分子可填充到更加细小的孔隙中，与孔隙内壁上的金属发生化学反应，扩大孔隙尺寸，改善孔隙形貌和孔隙连通性，增加开孔率，便于油液从外界进入基体，进而提高了基体的储油能力。
11.优选地，所述β-二酮有机溶液中β-二酮的质量分数为10-99％。
12.优选地，在金属基多孔润滑材料和β-二酮或其有机溶液发生化学反应时，向β-二酮或其有机溶液中添加水。
13.优选地，水的添加量为β-二酮的1/5至5倍。
14.通过向所述液体中添加适量水，用以调节所述液体与金属的反应速度；水的添加
量为β-二酮的1/5至5倍时反应速率更快，由于β-二酮具有烯醇和酮的互变异构，烯醇比例较高时金属更容易被β-二酮溶解，向其加入水可改变β-二酮溶液中烯醇和酮的比例，当水的添加量为β-二酮的1/5至5倍时，β-二酮溶液中烯醇和酮的比例可以使β-二酮和金属处于较快的反应速率下。
15.优选地，在金属基多孔润滑材料和β-二酮或其有机溶液发生化学反应时，向β-二酮或其有机溶液中通入氧气，通入的氧气流量为0.5-20l/min，氧气可以加快反应速率，在β-二酮与金属的反应中，β-二酮溶液中的溶解氧起到重要作用，且氧气也直接参与到β-二酮与金属的反应中，因此，通入一定的氧气可加快反应速率。
16.优选地，在金属基多孔润滑材料和β-二酮或其有机溶液发生化学反应时，改变反应温度，所述反应温度为室温至100℃，β-二酮与金属的反应在室温下即可发生，适当增加温度可加快反应速率，但β-二酮或其有机溶液作为有机液体，存在一定挥发性，温度过高会增加其挥发速率，甚至使其沸腾。
17.具体温度根据所述液体熔点、沸点和其与不同金属的反应速率确定。
18.优选的，在金属基多孔润滑材料和β-二酮或其有机溶液发生化学反应之前，先将金属基多孔润滑材料在β-二酮或其有机溶液浸泡一段时间，浸泡过程在真空干燥箱中进行。
19.在浸泡过程中，β-二酮或其有机溶液中的有效成分中的小分子可填充到金属基润滑材料的细小孔隙中，浸泡过程在真空干燥箱中进行，在真空条件下，加快了小分子填充孔隙的速率。
20.优选的，反应后的金属基多孔润滑材料在真空干燥箱中进行干燥。
21.优选地，对含有一定量金属成分的多孔材料进行孔隙改良。
22.上述改良方法不仅可以对金属基多孔润滑材料的孔隙率进行改良，利用其他新技术所生产的含有一定量金属成分的多孔材料也可以采用上述改良方法进行孔隙率改良。
23.一种金属基多孔润滑材料孔隙改良方法，具体步骤包括：
24.步骤1：将待处理的金属基多孔润滑材料完全浸泡在盛有β-二酮或其有机溶液的容器中，将容器置于真空干燥箱中，调整真空度和温度，保持一段时间后，使真空干燥箱内压强和温度恢复到常压和常温状态，取出容器。
25.步骤2：用盖子将盛有上述容器盖上，使其部分或完全密封，减少液体挥发量，反应一段时间；根据所选液体与金属基多孔润滑材料组份，可向液体内部加入适量的水、充入一定流量的氧气或改变反应温度达到调节反应速率的目的。
26.步骤3：在上述步骤2完成后将金属基多孔润滑材料从液体中捞出。
27.步骤4：用干净的乙醇或丙酮等其他有机溶剂对金属基多孔润滑材料进行反复冲洗，为保证清洗效果，可采用超声清洗等手段，清洗完成后充分干燥。该步骤为可选步骤，如金属基多孔润滑材料与液体的反应产物对其后期使用不产生不利影响或能起到有利作用，则不需要进行该操作，反应完成后直接将金属基多孔润滑材料捞出、干燥即可。
28.步骤5：对处理后的金属基多孔润滑材料进行含油率、强度等性能进行测试，如含油率增长未达到预期，且强度等力学性能未下降或下降幅度在可接受范围内，则重复步骤1-4。
29.上述金属基多孔润滑材料具有本领域公知的含义，可分为铁基、铜基、铝基及其他
金属基多孔润滑材料，通常由粉末冶金烧结技术、3d打印技术所制备，常见的金属基多孔润滑材料有fe-c系、fe-cu-c系、fe-pb-cu系、al-cu、al-zn、al-sn、al-cu-mg、cu-sn等。
30.根据本发明优选地，所述β-二酮具有本领域公知的含义，常用的β-二酮有乙酰丙酮(2,4-戊二酮)、三氟乙酰丙酮(1,1,1-三氟-2,4-戊二酮)、六氟乙酰丙酮(1,1,1,5,5,5-六氟-2,4-戊二酮)、三氟-1-(2-呋喃基)-1,3-丁二酮、2-噻吩甲酰三氟丙酮(4,4,4-三氟-1-(2-噻吩基)-1,3-丁二酮)、苯甲酰三氟丙酮(4,4,4-三氟-1-苯基-1,3-丁二酮)等。
31.本发明的技术特点及有益效果：
32.本发明在金属基多孔润滑材料制备完成后利用液体与金属之间的缓慢化学反应的对金属基多孔润滑材料的孔隙进行改善，操作简单，成本低廉。
33.本发明金属与液体的反应速率缓慢，且可通过向液体中添加水、控制温度和氧气含量控制反应速率，反应可控，仅与表面金属发生有限的化学反应，不会对材料强度、硬度等力学性能产生显著不利影响。同时利用了多孔材料高比表面积的特性，可实现材料孔隙率的有效改善。
34.本发明所采用β-二酮或其有机溶液中的有效成分为小分子有机物，如乙酰丙酮分子量为100.11，而由于低分子量烃类会增大挥发性，降低闪点，绝大多数商用润滑剂都是大分子有机物，分子量在300以上，甚至更高达数千。有效成分中的小分子可填充到更加细小的孔隙中，与孔隙内壁上的金属发生化学反应，扩大孔隙尺寸，改善孔隙形貌和孔隙连通性，增加开孔率，便于油液从外界进入基体，进而提高了基体的储油能力。
35.本发明优选的乙酰丙酮等β-二酮有机液体与金属反应生成的金属螯合物具有改善润滑性能的作用，可起到抗氧化剂和耐磨剂。因此使用液体对金属基多孔润滑材料处理完成后可以免除清洗环节。
附图说明
36.图1为金属与乙酰丙酮的在有氧和无氧时的反应方程式，式中m表示金属。
37.图2为金属铁与乙酰丙酮反应生成螯合物乙酰丙酮铁的化学结构式。
具体实施方式
38.下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明：
39.本发明利用液体与金属基多孔润滑材料孔隙内壁间的缓慢化学反应对孔隙率进行改善，图1为本发明优选液体有效成分之一的乙酰丙酮与金属(铁、铝、铜、镁等)在有氧(反应式1)和无氧(反应式2)条件下的反应方程式，图2为乙酰丙酮与铁反应生成的金属螯合物乙酰丙酮铁的化学结构式。
40.选取金属基含油轴承为测试样品，分别测试处理前后材料的含油率和压溃强度，每种材料选择5个试样，最终结果取平均值。具体测试方法为：根据gb/t5165-26《可渗性烧结金属材料含油率的测定》标准中规定的方法测量材料含油率；按照gb/t6804-2008《烧结金属衬套径向压溃强度的测定》标准中规定的方法测量含油轴承的径向压溃强度。
41.实施例1
42.一种金属基多孔润滑材料孔隙改良方法，步骤如下：
43.步骤1：对于市购某fe基含油轴承，测量其含油率和压溃强度分别为13.7％和
453mpa。
44.步骤2：将步骤1中的fe基含油轴承完全浸泡在盛有500ml乙酰丙酮的烧杯中，然后将烧杯置于真空干燥箱中，抽真空使干燥箱内压力达到0.1mpa以下，设置干燥箱温度为25℃，保持30分钟，使真空干燥箱内压强和温度恢复到常压和常温状态，取出烧杯。
45.步骤3：用盖子将步骤1烧杯盖上，减少乙酰丙酮挥发量，但无需密封，室温下反应72小时。
46.步骤4：步骤3中反应完成后将fe基含油轴承从烧杯中捞出，置于真空干燥箱中45℃干燥1小时。
47.步骤5：测量上述步骤处理后fe基含油轴承的含油率和压溃强度，分别为15.2％和446mpa。
48.实施例2
49.一种金属基多孔润滑材料孔隙改良方法，步骤如下：
50.步骤1：对于市购某cu-sn基含油轴承，测量其含油率和压溃强度分别为18.3％和263mpa。
51.步骤2：烧杯中倒入500ml三氟乙酰丙酮含量为40wt％的乙醇溶液，将步骤1中的cu-sn基含油轴承完全浸泡在溶液中；将烧杯置于真空干燥箱中，抽真空使干燥箱内压力达到0.1mpa以下，设置干燥箱温度为40℃，保持30分钟，使真空干燥箱内压强和温度恢复到常压和常温状态，取出烧杯。
52.步骤3：向烧杯中添加50ml蒸馏水，用盖子将步骤1烧杯盖上，减少溶液挥发量，但无需密封，50℃下反应24小时。
53.步骤4：步骤3中反应完成后将cu-sn基含油轴承从烧杯中捞出，用无水乙醇反复清洗，然后置于真空干燥箱中50℃干燥1小时。
54.步骤5：测量上述步骤处理后cu-sn基含油轴承的含油率和压溃强度，分别为19.6％和265mpa。
55.实施例3
56.一种金属基多孔润滑材料孔隙改良方法，步骤如下：
57.步骤1：对于市购某al-cu基含油轴承，测量其含油率和压溃强度分别为17.8％和141mpa。
58.步骤2：烧杯中倒入500ml六氟乙酰丙酮含量为80wt％的乙醇溶液，将步骤1中的al-cu基含油轴承完全浸泡在溶液中；将烧杯置于真空干燥箱中，抽真空使干燥箱内压力达到0.1mpa以下，设置干燥箱温度为30℃，保持30分钟，使真空干燥箱内压强和温度恢复到常压和常温状态，取出烧杯。
59.步骤3：向烧杯中添加100ml蒸馏水，用盖子将步骤1烧杯盖上，减少溶液挥发量，但无需密封，30℃下反应12小时。
60.步骤4：步骤3中反应完成后将cu-sn基含油轴承从烧杯中捞出，用无水乙醇反复清洗，然后置于真空干燥箱中30℃干燥1小时。
61.步骤5：测量上述步骤处理后al-cu基含油轴承的含油率和压溃强度，分别为19.3％和142mpa。
62.实施例1-3中的金属基多孔润滑材料在孔隙改良之前和孔隙改良后的含油率和压
溃强度如表1所示。
63.表1金属基多孔润滑材料改良前后的含油率和压溃强度参数
[0064] 实施例1实施例2实施例3金属基类型fe基含油轴承cu-sn基含油轴承al-cu基含油轴承改良前含油率13.7％18.3％17.8％改良后含油率15.2％19.6％19.3％改良前压溃强度453mpa263mpa141mpa改良后压溃强度446mpa265mpa142mpa
[0065]
通过实施例1-3以及表1可以看出，利用本发明提供的孔隙改良方法对金属基多孔润滑材料进行改良后，可以明显提高金属基多孔润滑材料的含油率，并且不会对材料的强度产生不利的影响。
[0066]
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种金属基多孔润滑材料孔隙的改良方法，其特征在于，将制备完成的金属基多孔润滑材料浸入到能与金属发生缓慢化学反应的β-二酮或其有机溶液中。2.如权利要求1所述的金属基多孔润滑材料孔隙的改良方法，其特征在于，β-二酮有机溶液中的有机溶液为c4以下的小分子醇。3.如权利要求2所述的金属基多孔润滑材料孔隙的改良方法，其特征在于，所述β-二酮有机溶液中β-二酮的质量分数为10-99％。4.如权利要求1所述的金属基多孔润滑材料孔隙的改良方法，其特征在于，在金属基多孔润滑材料和β-二酮或其有机溶液发生化学反应时，向β-二酮或其有机溶液中添加水。5.如权利要求4所述的金属基多孔润滑材料孔隙的改良方法，其特征在于，水的添加量为β-二酮的1/5至5倍。6.如权利要求1所述的金属基多孔润滑材料孔隙的改良方法，其特征在于，在金属基多孔润滑材料和β-二酮或其有机溶液发生化学反应时，向β-二酮或其有机溶液中通入氧气，通入的氧气流量为0.5-20l/min。7.如权利要求1所述的金属基多孔润滑材料孔隙的改良方法，其特征在于，在金属基多孔润滑材料和β-二酮或其有机溶液发生化学反应时，改变反应温度，所述反应温度为室温至100℃。8.如权利要求1所述的金属基多孔润滑材料孔隙的改良方法，其特征在于，在金属基多孔润滑材料和β-二酮或其有机溶液发生化学反应之前，先将金属基多孔润滑材料在β-二酮或其有机溶液浸泡一段时间，浸泡过程在真空干燥箱中进行。9.如权利要求1所述的金属基多孔润滑材料孔隙的改良方法，其特征在于，反应后的金属基多孔润滑材料在真空干燥箱中进行干燥。10.如权利要求1-9任一项所述的金属基多孔润滑材料孔隙的改良方法，其特征在于，对含有一定量金属成分的多孔材料进行孔隙改良。

技术总结

本发明公开了一种金属基多孔润滑材料孔隙的改良方法，将制备完成的金属基多孔润滑材料浸入能与金属发生缓慢化学反应的β-二酮或其有机溶液中，在不降低材料强度的同时对材料内部孔隙进行改良。不同于传统技术的是，本发明不是在烧结或其他制备过程中通过添加增强相、改善原料形貌、使用新型造孔剂等传统方式进行改良，而是在材料制备完成后，将材料浸入能与金属发生缓慢化学反应的液体中；本发明的改良方法在提高材料孔隙率、改善孔隙形貌和提升连通性的同时又不破坏材料的整体结构，不会对材料强度产生不利影响。对材料强度产生不利影响。对材料强度产生不利影响。