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新型表面处理技术 --多功能单分子含氟纳米基膜

2017-2-27 14:56:48      点击:

基膜表面处理技术,也叫错位异构技术,旨在对一些要求改善耐磨、抗粘、疏水等性能的表面,在其上面构建多功能单分子纳米膜,提高其强度、可靠性和耐久性。

用作错位异构的主要组分是含氟表面活性剂,是氟聚合物,(世界上)无类似的天然和合成产品。

含氟基膜是一种混合剂,用于部件表面处理,在表面上构建一层多功能纳米膜,使表面具备耐磨损、避免干摩擦、保持附着润滑油、耐腐蚀、抗粘附、低表能、防辐射、杀菌、防水疏水。

采用含氟表面活性剂,开发出的混合剂被称为“基膜”。含氟表面活性剂制成溶液,采用不同方法,进行表面涂层。或者采用工作介质—乳化润滑油,此时的润滑油,除了本身的作用外,还起到将含氟表面活性剂送达摩擦表面的运输作用。

如果在硬表面涂敷含氟表面活性剂—基膜,可以降低固体表面能量1000—10000倍,表面能达到个位数单位水平。

因为该膜具有极低的表面能,从而是被处理后的表面具有低粘湿、低粘附性能。由于表面活性剂的定向吸附,固体表面的疏水性达到最佳效果。

基膜溶液由含氟表面活性剂、特种溶剂、各种活化剂、化学试剂构成。

基膜化表面加工处理时,含氟表面活性剂被吸附在表面上,形成厚度约30-50 Å (3-5纳米)表膜,多次处理后形成厚度为70 Å (7纳米)表膜。这属于所谓的纳米技术,其水平为10-8--10-10 米。

在表面吸附、扩散过程中,由于溶剂的蒸发,产生厚为10-100埃(10-8厘米)的单分子层。厚度取决于涂层的条件。

产生的层同物体表面发生化学吸附。

通过电子显微镜和X光衍射,对基膜化前后的金属表层研究表明,金属的位错结构不发生变化,即金属的位错分布和密度是一致的。

与此同时,在经过摩擦后,相对未做基膜化处理的金属表面,基膜化金属表面的表层结构碎片和晶格畸变要低得多。这表明,基膜化处理对摩擦过程起到了积极影响,基膜化表面比非基膜化表面具有更加优越的耐摩擦性能:在接触区具有优越的氧化性和疲劳性(非基膜化表面具有粘合性) 。

下面是基膜化表面的主要优点:

•因为形成了减少固体表面能影响的界层,摩擦区的润滑剂容易滞留。该属性决定了接触(摩擦)区里常有润滑--冷却介质,从而提高了切割工具和零件的耐磨损性;

•抗粘性: 基膜能保护表面,防止分子水平上的接触性相互作用;

•耐摩擦性:具备这样的特性,一方面是因为滞留润滑剂,另一方面是因为形成了具有低摩擦系数的涂层;

•预防摩擦过程中接触面微创。其原因是,在基膜化处理时,会发生表面微孔和微裂纹位错,氢氧原子结合。氢氧原子的存在,会提高金属表层的脆性。同时,微孔和微裂纹的扩大趋势被局部化(隔绝),避免集中张力和形成破坏核心;

•降低材料的透气性。基膜具有极高的穿透能力,能填补所有的微孔、微裂纹和毛细管,从而降低了材料的透气性。因此,它可以防止老化,降低金属对润滑介质的催化效应,防止润滑介质异构和聚合。

由于基膜化处理零件、机器、车床等其它工艺设备后赋予以上优越特性,故提高了被处理对象的使用寿命、致动器的定位精度,改善了切割工具的耐磨性、动接头上的橡胶密封件的耐磨性和密封性等等。

 

下图为:含氟表面活性剂--基膜的多功能纳米膜特性

 

使用中(加速时)摩擦力与时间关系 使用中磨损与时间的关系

1. 基膜化表面处理后的样品                      1.  基膜化表面处理后的样品

2. 未做基膜化表面处理的样品                    2. 未做基膜化表面处理的样品

 

该膜在物体表面固化后,具有极高的疏水性、化学稳定性、热稳定性(耐400-520°С)等系列优良性能,包括能防止接触面的氧化和磨损。溶液成分落在物体表面后,发生溶剂蒸发,含氟表面活性剂同表面发生反应,含氟表面活性剂分子形成林穆尔结构(林穆尔栅),形为与表面轴向一致的锯齿状,这不仅能牢固地保持润滑油介质,而且还是接触面之间的特异减震器。

哪些表面适合基膜处理

· 金属、合金;

· 碾磨材料;

· 聚合物;

· 玻璃、复合材料;

· 玻璃胶布板;

· 固体非金属材料;

· 织物、装饰材料、瓷器; 

· 橡胶制品;

· 金属加工工具;

· 加工工具;

· 由磨料、氮化硼等做成的轮 ;

· 枪膛枪栓;

· 阀门(球阀芯);

· 硅等; 

· 金刚石、天然及合成的元素; 

· 塑料和橡胶铸造模具和压模; 

· 电路板和微电路板;

· 替代设备器件上的清漆 ;

· 运动器材和乐器的表面处理;

· 摩擦件表面;

· 各种传动机构(轴承、齿轮等)表面。

· 适合添加到燃料中 

· 医疗器械和牙科器械 

· 岩石和矿物涂层 

· 模具及压模涂层

· 保护电路板和无线电子设备的微电子器件 

 

表面处理能达到的效果:

 

· 抗粘附

· 耐腐蚀

· 耐磨损 (降低摩擦系数)

· 防水疏水

· 防尘

· 防霉菌 

· 降低辐射水平 

 

下图为:涂敷基膜组分后,形成的膜的拓扑图及结构性能(固体错位异构化表面的林穆尔栅片段)

 

 

1. 锯齿状表面活性剂分子;

2. 润滑介质;

3. 被涂层表面。