杭州启俄科技有限公司通过多年的努力,并联合国外科研力量,开发出了生产新型含氟高分子功能材料(表面活性剂)及利用该材料用作表面处理的独特技术。采用该技术,处理后的表面具有耐磨损、耐腐蚀、抗干摩、抗粘附、防辐射、杀菌、防水等综合性能,产品的使用性能、寿命、精度、安全性、稳定性得到大幅提高。该技术的应用推广,是国内表面处理技术的重大创新,填补了国内此类技术空白,对提高国内装备制造水平、提质增效、节能降耗、减少资源浪费具有重要意义。
一、技术简介
材料:用作基膜表面处理的材料是含氟高分子功能材料,它是一种表面活性剂,人工合成。
表面处理:又称错位异构(基膜)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。
技术原理:利用含氟高分子功能材料,通过离子吸附作用(图一,也叫化学吸附),对材料表面缺陷、微裂纹进行填补修复,构建一层结合力强、单分子林穆尔结构、纳米尺度的特异多功能保护膜。保护膜的厚度约30-70 Å (3-7纳米)(图二)。
该保护膜具有低表能、低摩擦系数、耐磨损、耐腐蚀、抗粘附、防辐射、杀菌性、保持附着润滑油、防水疏水等特性;可抑制微孔裂纹扩大趋势,避免集中应力和形成破坏核心,大幅度提高材料的表面强度。
表面处理方法简单环保。具体是:将含氟表面活性剂制成溶液,采用不同方法(通用法、气溶法、热法、超声波法),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作用。
处理过程:1)、工件预处理,清除工件表面油污(脱油脱脂);2)、涂膜,采用溶液浸泡的方式,附加超声或加热(不超过50度);3)固化,在烘箱里对涂膜后固化,温度不超过120度。整个过程不超过4小时。
二、纳米基膜的综合性能
1. 稳定性
(1)热稳定性。含氟纳米基膜能在-200℃至450℃条件下不发生分解,瞬时耐温可达700℃。这保证了金属在较宽的温度范围内使用时,含氟纳米基膜的性能不会发生较大的变化。
(2)化学稳定性。可在酸、碱、强氧化介质等特殊应用体系中稳定有效地发挥其作用,不会与体系中的介质发生反应或分解。这保证了材料在与复杂的介质接触时,含氟纳米基膜的性能不会发生较大的变化,同时使材料表面耐腐蚀性大大提高。
(3)稳定的不溶性。高的化学稳定性就意味着高的化学惰性,含氟纳米基膜不溶于各类溶剂与表面活性剂中,并可应用于几乎所有溶液配方体系中。这保证了在复杂的溶剂体系中含氟纳米基膜的性能不会发生较大变化。
2. 低表面能、抗粘性
由于含氟纳米基膜中有较多氟原子,因此获得了含氟聚合物的低表面能特性。经过含氟纳米基膜表面处理后,大大减少材料的表面能,大约减少1000-10000倍。对金属而言,其表面能从3000-5000mN/m减少到2-4mN/m,可防止分子水平上的接触性相互作用,从而避免摩擦过程中的粘着磨损。大大降低摩擦系数,从而提高负载零件的耐磨损性,与未经处理的表面相比,摩擦系数降低约10倍,静止动量降低10000倍。同时由于低表面能,材料表面获得了水分、霉菌无法附着的特性。
3. 低摩擦系数及润滑性
由于材料表面获得了润滑性,不仅提高了材料的耐磨性,同时使得一些经过处理的金属刀具加工的对象获得更加光滑的加工面。
1. 耐磨损性
4.膜的自修补性
含氟纳米聚合物膜是根据固体表面释放自由电子的强弱进行移动和分布的。越是被磨损的部位,释放的自由电子越多,对氟碳分子的吸附力越强。由于固体表面摩擦的不均匀性,当某一部位过度摩擦导致磨损时,原来吸附在磨损物上的氟碳分子会随磨损物流失一部分。受磨损部位会释放更多的自由电子,从而将其它部位的氟碳分子迅速吸附过来一部分,形成新的均匀的氟碳涂层,完成了自动修复功能(见图3、图4)。
这种性能保证了含氟纳米基膜能够有效长期的对材料表面发挥作用。结合材料表面获得润滑性,一般可以延长金属使用寿命5~7倍。
四、应用领域
该技术应用领域广泛,含金属及非金属产品,特别是那些精度要求高的设备仪器摩擦构件。具体有:
金属、合金;
碾磨材料;
聚合物;
玻璃、复合材料;
玻璃胶布板;
金属首饰;
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;
医疗器械;
加工工具;
由磨料、氮化硼等做成的轮 ;
硅等;
球阀的球珠及球座;
军工枪械;
轴承、轴瓦、齿轮等传动摩擦器件
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;
五、技术产品创新点
1. 一次处理,即可赋予被处理材料表面多种综合性能,包括:耐磨损性、耐腐蚀性、润滑性、抗粘附、抗辐射、防水、防污、防霉菌等。
2. 由于离子吸附,含氟基膜与材料表面结合力强,不易脱落,并具备自行修补的能力,使得材料表面获得的多种特性可以持续非常长的周期。
3. 处理生成的多功能保护膜具有纳米尺度,勿需再次加工处理,保证和提高产品的精度要求。
4.处理方法简单节能环保。