应用于柱塞泵滑靴基体的超疏油涂层制备方法
阅读说明：本技术 应用于柱塞泵滑靴基体的超疏油涂层制备方法 (Preparation method of super-oleophobic coating applied to plunger pump sliding shoe substrate ) 是由 王冬云 李飞越 王琳琳 王晓明 于 2020-12-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及金属表面改性技术领域,公开了一种应用于柱塞泵滑靴基体的超疏油涂层制备方法。其制备方法包括：通过浸渍提拉镀膜机将经过表面粗糙度处理的滑靴基体以预定的浸渍速度、浸渍时间和提拉速度放置在制备的勃姆石溶胶中进行浸渍；然后经过干燥、第一次热处理、水浴处理、第二次热处理、在氟硅烷溶液中进行浸渍以及第三次热处理以在滑靴基体表面形成超疏油涂层。通过上述技术方案的设置,以构造超疏油特性,从而通过高接触角和显著滑移效应达到改善磨损、降低摩擦系数的目的,进而提高柱塞泵效率和寿命。(The invention relates to the technical field of metal surface modification, and discloses a preparation method of a super-oleophobic coating applied to a piston shoe substrate of a plunger pump. The preparation method comprises the following steps: dipping the slide shoe substrate subjected to surface roughness treatment in the prepared boehmite sol by a dip coating machine at a preset dipping speed, dipping time and a pulling speed; and then drying, carrying out first heat treatment, carrying out water bath treatment, carrying out second heat treatment, dipping in fluorosilane solution and carrying out third heat treatment to form the super oleophobic coating on the surface of the slipper substrate. Through the setting of above-mentioned technical scheme to construct super oleophobic characteristic, thereby reach the purpose that improves wearing and tearing, reduce coefficient of friction through high contact angle and showing the slippage effect, and then improve plunger pump efficiency and life-span.)
技术领域
本发明涉及金属表面改性技术领域，具体涉及一种应用于柱塞泵滑靴基体的超疏油涂层制备方法。
背景技术
滑靴副作为柱塞泵的关键摩擦副，其对摩件为滑靴和斜盘，其运动和受力情况及其复杂，滑靴以斜盘为支撑推动柱塞作轴向运动，同时又在斜盘上做高速滑动，滑靴承受着柱塞一侧的液压力、斜盘的支撑力、回程盘的压力、自身的惯性力和摩擦力作用，滑靴在离心力和摩擦力的作用下会产生倾覆，导致滑靴偏磨，进一步破坏滑靴底部油膜的压力分布，造成滑靴受力失衡、摩擦系数和局部温度急剧上升、磨损加剧，进而出现“烧靴”、“烧盘”现象，极大影响柱塞泵的效率和寿命。
迄今为止，国内外无数的液压科技人员对其进行持续的改进，但其基本原理和结构仍无法实现重大突破，并且随着轴向柱塞泵不断向高速、高压、大流量的方向发展，滑靴副磨损问题日益严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于柱塞泵滑靴基体的超疏油涂层制备方法，该发明能够解决现有技术中存在的滑靴副磨损问题日益严重的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种应用于柱塞泵滑靴的超疏油涂层制备方法，滑靴基体的底部具有密封带，所述密封带的摩擦表面浸渍有超疏油涂层，该超疏油涂层为纳米氧化铝陶瓷涂层，其制备方法包括：
S1通过浸渍提拉镀膜机将经过表面粗糙度处理的滑靴基体以预定的浸渍速度、浸渍时间和提拉速度放置在制备的勃姆石溶胶中进行浸渍；
S2以预定的温度和时间将滑靴基体放入烘箱中进行干燥；
S3以预定的温度和时间将滑靴基体放入马弗炉中进行第一次热处理；
S4以预定的时间将滑靴基体进行水浴处理；
S5以预定的温度和时间将滑靴基体进行第二次热处理；
S6通过浸渍提拉镀膜机将基体以预定的浸渍速度、浸渍时间和提拉速度放置在氟硅烷溶液中进行浸渍；
S7以预定的温度和时间将滑靴基体进行第三次热处理。
进一步地，所述溶液的制备步骤包括：
将去离子水、乙酰乙酸乙酯和仲丁醇铝按摩尔比100:1:1的比例混合并匀速搅拌20分钟；
加入硝酸溶液，使硝酸和仲丁醇铝的摩尔比为1.5～1.7:1，调节溶液pH至3.5-4.1，然后匀速搅拌30分钟；
在70℃的环境下放置24小时，形成平均粒径在60-100nm的勃姆石溶胶。
进一步地，所述滑靴基体的表面粗糙度处理的步骤包括：
所述滑靴基体的底部具有密封带，通过喷砂处理、抛光处理所述密封带，在其表面上形成约4-5微米的粗糙度；
通过丙酮超声清洗清除滑靴基体表面的氧化物、油污。
进一步地，在所述的S1中，浸渍速度2mm/s，浸渍时间：5s，提拉速度：2mm/s；
在所述的S6中，浸渍速度2mm/s，浸渍时间2min，提拉速度2mm/s。
进一步地，所述滑靴基体沿平行于所述滑靴基体底部的密封带的方向进行浸渍。
进一步地，在所述的S2中，干燥温度为100℃，干燥时间为10min；
在所述的S4中，水浴时间为30min。
进一步地，在所述的S3中，在400℃的马弗炉中处理60分钟；
在所述的S5中，在400℃的马弗炉中处理10分钟；
在所述的S7中，在150℃的马弗炉中处理30分钟。
进一步地，所述超疏油涂层的厚度为1-3微米。
进一步地，所述超疏油涂层的粗糙度为1.5-2.5微米。
进一步地，所述滑靴基体底部的密封带材质为ZQAl9-4。
本发明通过溶胶-凝胶法在滑靴摩擦表面形成具有特定纳米级粗糙结构和较低表面自由能的氧化铝陶瓷的超疏油涂层，以构造超疏油特性，从而通过高接触角和显著滑移效应达到改善磨损、降低摩擦系数的目的，进而提高柱塞泵效率和寿命。
本发明的其它特征和优点将在随后的
具体实施方式
部分予以详细说明。
附图说明
图1为滑靴基体的结构示意图。
附图标记说明
1滑靴基体 2超疏油涂层
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
为了实现解决现有技术中存在的滑靴副磨损问题日益严重的问题，下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1所示，应用于柱塞泵滑靴的超疏油涂层制备方法包括滑靴基体1，滑靴基体1底部密封带上带有超疏油涂层2，具体为纳米氧化铝陶瓷涂层。其具体制备方法包括：
溶胶制备步骤，将去离子水、乙酰乙酸乙酯和仲丁醇铝按摩尔比100:1:1的比例混合并匀速搅拌20分钟，水解反应后得到小颗粒勃姆石沉淀，之后加入硝酸溶液，使硝酸和仲丁醇铝的摩尔比为1.5～1.7:1，调节溶液pH至3.5-4.1，以控制反应进程，同时使得胶粒带正电荷而避免纳米颗粒聚集，然后匀速搅拌30分钟，形成悬浮液；最后在70℃的环境下放置24小时，形成平均粒径在60-100nm且稳定透明的勃姆石溶胶；优选地，为了缓解仲丁醇铝水溶解速率，避免产生Al(OH)3沉淀，首先在水中加入乙酰乙酸乙酯；其次在水中加入仲丁醇铝。
滑靴基体1底部密封带表面粗糙度处理步骤，针对滑靴基体1的底部密封带，通过喷砂处理、抛光处理形成约4-5微米的微尺度粗糙度，然后通过丙酮超声清洗清除滑靴基体1表面的氧化物、油污，以提高滑靴基体1表面涂层附着力；
浸渍镀膜步骤，通过浸渍提拉镀膜机将经表面粗糙度处理后的滑靴基体1放置在制备的勃姆石溶胶中，按图1所示的沿平行于滑靴底部密封带的方向进行浸渍，具体浸渍条件为：浸渍速度2mm/s，浸渍时间：5s，提拉速度：2mm/s；
接下来需要对上述过程中浸渍后的滑靴基体1进行下述处理：
干燥，置于烘箱中100℃干燥10min，得到干凝胶；
第一次热处理步骤，在400℃的马弗炉中处理60分钟，得到γ-氧化铝纳米薄膜；
水浴处理步骤，水浴30分钟，形成花状纳米结构薄膜；
第二次热处理步骤，在400℃的马弗炉中处理10分钟，以加固γ-氧化铝纳米薄膜；
低表面能修饰步骤，为降低表面自由能，通过浸渍提拉镀膜机将基体放置在氟硅烷溶液中进行浸渍，具体浸渍条件为：浸渍速度2mm/s，浸渍时间2min，提拉速度2mm/s；
第三次热处理步骤，在150℃的马弗炉中处理30分钟，使γ-氧化铝纳米薄膜与氟化层交联进而加固涂层。
所述超疏油涂层2采用溶胶-凝胶法作为涂层制备方法，制备的涂层具有反应过程温度低、化学均匀性高、反应过程易控制且凝胶微观结构可调控、成本低廉、设备简单等优点，通过控制仲丁醇铝、去离子水、乙酰乙酸乙酯、硝酸溶液的比例及后续处理条件，可以获得具体为纳米氧化铝陶瓷涂层的超疏油涂层2。
超疏油涂层2的疏油性能可以增大接触角，降低滑靴表面与油液的浸润性，减小滑靴表面与油液的摩擦，从而降低滑靴表面发热，减少粘连磨损；超疏油涂层2的特定微纳米复合粗糙结构可以增强界面滑移现象，减少流固相互作用，从而减小摩擦力；所述的滑靴基体1表面的超疏油涂层2，在不同的压力、转速工况的整机替换试验下，其摩擦系数的下降率均维持在20％-30％。
进一步形成的所述超疏油涂层2的厚度为1-3微米。
进一步形成的所述超疏油涂层2的粗糙度为1.5-2.5微米。
优选地，所述密封带摩擦表面的材质为ZQAl9-4。
实施例1
按照上述方法进行制备超疏油涂层2，其中，在溶液制备过步骤中，硝酸和仲丁醇铝的摩尔比为1.6，调节溶液pH至3.64。
实施例2
以实施例1的制备方法为基础制备超疏油涂层2，去除滑靴基体1底部密封带表面粗糙度处理的步骤。
实施例3
以实施例1的制备方法为基础制备超疏油涂层2，其中，仅将浸渍镀膜步骤中和低表面能修饰步骤的浸渍速度和提拉速度替换成3mm/s。
实施例4
以实施例1的制备方法为基础制备超疏油涂层2，其中，仅将其中的第一次热处理步骤中和第二次热处理中步骤中的温度替换为450℃。
实施例5
以实施例1的制备方法为基础制备超疏油涂层2，其中，仅将其中的第三次热处理步骤中的温度替换为100℃。
对比例
标准样品为未经过任何处理的滑靴基体1。
为了进一步探究该超疏油涂层的性能，对比了实施例1-5和对比例的滑靴底部密封带表面性能表征参数(水接触角、表面自由能和油接触角)，参数对比如下表：
水接触角(°)
表面自由能(mN/m)
油接触角(°)
对比例
74.7±1.1
38.67±1.00
16.8±2.2
实施例1
157.8±2.5
0.48±0.05
122.8±11.9
实施例2
110.8±5.6
15.6±1.19
98.7±7.6
实施例3
136.1±3.0
12.7±0.13
120.7±6.3
实施例4
141.5±3.2
2.02±0.57
112.7±11.6
实施例5
130.5±4.6
1.83±0.69
113.6±12.4
需要说明的是，对比例和实施例1-5的对比参数是五组滑靴基体1样品的平均值。其中油接触角测量所用油液为46号抗磨液压油。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
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