本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種中碳鋼基體的刻蝕方法、減摩耐磨復(fù)合潤(rùn)滑膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

在摩擦學(xué)領(lǐng)域中，MoS₂、WS₂與石墨等常被用作固體潤(rùn)滑劑被廣泛用于高真空強(qiáng)輻射以及液體潤(rùn)滑劑無法運(yùn)用的極端環(huán)境下。同時(shí)，研究表明并不是越光滑的表面越能獲得優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，具有一定微觀形貌的表面反而對(duì)于改善摩擦學(xué)性能有極大的幫助，表面織構(gòu)技術(shù)作為一種改善摩擦副間摩擦學(xué)性能的有效方式受到了廣泛的關(guān)注，所構(gòu)筑的微觀形貌如微坑、微凸、孔洞均可稱為表面織構(gòu)。

由于在材料表面構(gòu)筑的固體潤(rùn)滑薄膜極易破裂，進(jìn)而將表面織構(gòu)技術(shù)和固體潤(rùn)滑技術(shù)相結(jié)合成為了一種延長(zhǎng)固體潤(rùn)滑薄膜使用壽命的有效的手段。目前通常所使用的手段一般包括機(jī)械加工、能量束刻蝕(離子束、電子束、激光等等)。例如，胡天昌等人在45^#鋼表面上通過激光刻蝕的手段獲得不同的表面織構(gòu)，在其上構(gòu)筑固體潤(rùn)滑薄膜，實(shí)現(xiàn)降低摩擦系數(shù)和較長(zhǎng)的耐磨壽命的效果(胡天昌，胡麗天，張永勝.摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32(1):14-20.)。但是采用機(jī)械加工技術(shù)或者能量刻蝕方式構(gòu)筑表面織構(gòu)會(huì)導(dǎo)致刻蝕成本較高和加工過程較為復(fù)雜的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種中碳鋼基體的刻蝕方法、減摩耐磨復(fù)合潤(rùn)滑膜及其制備方法，本發(fā)明提供的方法刻蝕過程簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間短。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種中碳鋼基體的刻蝕方法，采用包括FeCl₃和HCl的混合溶液對(duì)中碳鋼基體材料進(jìn)行刻蝕；

所述混合溶液中FeCl₃的濃度為(25～75)g/L，所述混合溶液中HCl的濃度為(25～100)g/L。

優(yōu)選的，所述刻蝕的時(shí)間為20～80min。

優(yōu)選的，所述刻蝕的溫度為40～60℃。

本發(fā)明還提供了應(yīng)用上述技術(shù)方案所述的刻蝕方法制備復(fù)合潤(rùn)滑膜的方法，包括以下步驟：

(1)采用上述技術(shù)方案所述方法對(duì)中碳鋼基體材料進(jìn)行刻蝕；

(2)將所述刻蝕后的中碳鋼基體材料清洗后進(jìn)行干燥；

(3)將潤(rùn)滑劑涂覆在所述步驟(2)干燥后的中碳鋼基體材料表面，固化后得到減摩耐磨復(fù)合潤(rùn)滑膜。

優(yōu)選的，所述步驟(3)中固化的溫度為120～160℃。

優(yōu)選的，所述步驟(3)中固化的時(shí)間為30～90min。

優(yōu)選的，所述步驟(3)中潤(rùn)滑劑包括硫化物和丙酮。

優(yōu)選的，所述硫化物和所述丙酮的質(zhì)量比為(0.5～1)：2。

優(yōu)選的，所述步驟(3)中硫化物為MoS₂、WS₂或FeS。

本發(fā)明還提供了上述制備方法制備得到的的減摩耐磨復(fù)合潤(rùn)滑膜，所述復(fù)合潤(rùn)滑膜包括具有刻蝕織構(gòu)的表層和涂覆在所述表層的潤(rùn)滑劑，所述復(fù)合潤(rùn)滑膜的厚度為0.5～2μm。

本發(fā)明提供了一種中碳鋼基體的刻蝕方法，采用包括FeCl₃和HCl的混合溶液對(duì)中碳鋼基體材料進(jìn)行刻蝕；所述混合溶液中FeCl₃的濃度為(25～75)g/L，所述混合溶液中HCl的濃度為(25～100)g/L。本發(fā)明提供的方法，僅僅采用FeCl₃和HCl的混合溶液對(duì)中碳鋼基體材料進(jìn)行刻蝕對(duì)中碳鋼進(jìn)行浸泡，在短時(shí)間內(nèi)即可完成刻蝕過程，形成結(jié)構(gòu)均勻致密的表面織構(gòu)，便于復(fù)合潤(rùn)滑膜制備過程中后續(xù)潤(rùn)滑劑的涂覆，使得潤(rùn)滑膜的制備過程簡(jiǎn)單；FeCl₃和HCl價(jià)格便宜，降低成本。而且，以FeCl₃質(zhì)量濃度為(25～75)g/L與HCl質(zhì)量濃度為(25～100)g/L混合溶液對(duì)中碳鋼表面進(jìn)行氧化刻蝕，氧化效果良好，能夠得到均勻致密的表面織構(gòu)；通過Fe³⁺離子對(duì)中碳鋼基底氧化完成刻蝕，同時(shí)混合溶液中的Cl-離子充分發(fā)揮作為點(diǎn)蝕過程“激發(fā)劑”的作用，能夠有效的穿過由于在氧化反應(yīng)過程中溶解氧和OH^-離子所促進(jìn)的FeCl₃溶液自身水解形成Fe(OH)₃膠體，減緩Fe³⁺離子對(duì)基底的刻蝕，所形成的保護(hù)膜，重新對(duì)基底形成刻蝕；混合溶液中鹽酸的存在可減緩氧化反應(yīng)過程中FeCl₃溶液自身水解對(duì)Fe³⁺的消耗，F(xiàn)e³⁺充分對(duì)基體表面進(jìn)行刻蝕，提高刻蝕速率，同時(shí)Cl^-離子產(chǎn)生較多的點(diǎn)蝕孔，鹽酸自身也能侵蝕基底，形成FeCl₂，提高對(duì)基體表面的刻蝕速率。

本發(fā)明提供了一種制備復(fù)合潤(rùn)滑膜的方法，包括以下步驟：(1)采用所述方法對(duì)中碳鋼基體材料進(jìn)行刻蝕；(2)將所述刻蝕后的中碳鋼基體材料清洗后進(jìn)行干燥；(3)將潤(rùn)滑劑涂覆在所述步驟(2)干燥后的中碳鋼基體材料表面，固化后得到減摩耐磨復(fù)合潤(rùn)滑膜。本發(fā)明以FeCl₃質(zhì)量濃度為(25～75)g/L與HCl質(zhì)量濃度為(25～100)g/L混合溶液對(duì)中碳鋼表面進(jìn)行氧化刻蝕，氧化效果良好，能夠得到均勻致密的表面織構(gòu)，確保后續(xù)潤(rùn)滑劑的在表面的良好粘附，從而實(shí)現(xiàn)摩擦系數(shù)的大幅度降低并且提高耐磨性能。本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)果表明，采用本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的短期摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.1，經(jīng)長(zhǎng)達(dá)9200s的摩擦實(shí)驗(yàn)后摩擦系數(shù)依然保持在0.15以下，減摩效果良好，延長(zhǎng)使用壽命，14400s的滑動(dòng)摩擦后磨痕寬度不高于250μm。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的SEM圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的SEM圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的SEM圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的SEM圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的SEM圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例2得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的SEM圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例3得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的SEM圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例3得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的SEM圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例3得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的SEM圖；

圖10為本發(fā)明對(duì)比例1得到的潤(rùn)滑膜的SEM圖；

圖11為本發(fā)明對(duì)比例1得到的潤(rùn)滑膜的SEM圖；

圖12為本發(fā)明實(shí)施例1～3和對(duì)比例1得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的摩擦特性曲線；

圖13為本發(fā)明實(shí)施例1得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的摩擦試驗(yàn)的磨痕圖；

圖14為本發(fā)明實(shí)施例1得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的摩擦試驗(yàn)的磨痕圖；

圖15為本發(fā)明實(shí)施例2得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的摩擦試驗(yàn)的磨痕圖；

圖16為本發(fā)明實(shí)施例2得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的摩擦試驗(yàn)的磨痕圖；

圖17為本發(fā)明實(shí)施例3得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的摩擦試驗(yàn)的磨痕圖；

圖18為本發(fā)明實(shí)施例3得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的摩擦試驗(yàn)的磨痕圖；

圖19為本發(fā)明對(duì)比例1得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的摩擦試驗(yàn)的磨痕圖；

圖20為本發(fā)明對(duì)比例1得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的摩擦試驗(yàn)的磨痕圖；

圖21為本發(fā)明實(shí)施例1刻蝕后未涂覆潤(rùn)滑膜前基體表面的SEM圖；

圖22為本發(fā)明實(shí)施例1刻蝕后未涂覆潤(rùn)滑膜前基體表面的SEM圖；

圖23為本發(fā)明實(shí)施例1刻蝕后未涂覆潤(rùn)滑膜前基體表面的SEM圖；

圖24為本發(fā)明實(shí)施例2刻蝕后未涂覆潤(rùn)滑膜前基體表面的SEM圖；

圖25為本發(fā)明實(shí)施例2刻蝕后未涂覆潤(rùn)滑膜前基體表面的SEM圖；

圖26為本發(fā)明實(shí)施例2刻蝕后未涂覆潤(rùn)滑膜前基體表面的SEM圖；

圖27為本發(fā)明實(shí)施例3刻蝕后未涂覆潤(rùn)滑膜前基體表面的SEM圖；

圖28為本發(fā)明實(shí)施例3刻蝕后未涂覆潤(rùn)滑膜前基體表面的SEM圖；

圖29為本發(fā)明實(shí)施例3刻蝕后未涂覆潤(rùn)滑膜前基體表面的SEM圖；

圖30為本發(fā)明對(duì)比例1清洗后未涂覆潤(rùn)滑膜基體表面的SEM圖；

圖31為本發(fā)明對(duì)比例1清洗后未涂覆潤(rùn)滑膜基體表面的SEM圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種中碳鋼基體的刻蝕方法，采用包括FeCl₃和HCl的混合溶液對(duì)中碳鋼基體材料進(jìn)行刻蝕；所述混合溶液中FeCl₃的濃度為(25～75)g/L，所述混合溶液中HCl的濃度為(25～100)g/L。

本發(fā)明提供的方法，僅僅采用FeCl₃和HCl的混合溶液對(duì)中碳鋼基體材料進(jìn)行刻蝕對(duì)中碳鋼進(jìn)行浸泡，在短時(shí)間內(nèi)即可完成刻蝕過程，形成結(jié)構(gòu)均勻致密的表面織構(gòu)，便于復(fù)合潤(rùn)滑膜制備過程中后續(xù)潤(rùn)滑劑的涂覆，使得潤(rùn)滑膜的制備過程簡(jiǎn)單；FeCl₃和HCl價(jià)格便宜，降低成本。而且，以FeCl₃質(zhì)量濃度為(25～75)g/L與HCl質(zhì)量濃度為(25～100)g/L混合溶液對(duì)中碳鋼表面進(jìn)行氧化刻蝕，氧化效果良好，能夠得到均勻致密的表面織構(gòu)；通過Fe³⁺離子對(duì)中碳鋼基底氧化完成刻蝕，同時(shí)混合溶液中的Cl^-離子充分發(fā)揮作為點(diǎn)蝕過程“激發(fā)劑”的作用，能夠有效的穿過由于在氧化反應(yīng)過程中溶解氧和OH^-離子所促進(jìn)的FeCl₃溶液自身水解形成Fe(OH)₃膠體，減緩Fe³⁺離子對(duì)基底的刻蝕，所形成的保護(hù)膜，重新對(duì)基底形成刻蝕；混合溶液中鹽酸的存在可減緩氧化反應(yīng)過程中FeCl₃溶液自身水解對(duì)Fe³⁺的消耗，F(xiàn)e³⁺充分對(duì)基體表面進(jìn)行刻蝕，提高刻蝕速率，同時(shí)Cl^-離子產(chǎn)生較多的點(diǎn)蝕孔，鹽酸自身也能侵蝕基底，形成FeCl₂，提高對(duì)基體表面的刻蝕速率。

本發(fā)明采用FeCl₃和HCl的混合溶液對(duì)中碳鋼基體材料進(jìn)行刻蝕。在本發(fā)明中，所述中碳鋼的碳含量?jī)?yōu)選為0.40wt％～0.60wt％，進(jìn)一步優(yōu)選為0.45wt％。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述中碳鋼具體為牌號(hào)為45^#鋼。本發(fā)明對(duì)所述中碳鋼的形狀沒有特殊要求。

所述刻蝕前，本發(fā)明優(yōu)選對(duì)中碳鋼表面進(jìn)行預(yù)處理，具體為依次采用丙酮、石油醚、無水乙醇和去離子水超聲處理中碳鋼。在本發(fā)明中，所述超聲處理的頻率優(yōu)選為20～25kHz，進(jìn)一步優(yōu)選為24kHz。在本發(fā)明中，采用所述丙酮的超聲處理的時(shí)間優(yōu)選為2～5min；采用石油醚的超聲處理的時(shí)間優(yōu)選為2～5min；采用所述無水乙醇的超聲處理的時(shí)間優(yōu)選為10～15min，進(jìn)一步優(yōu)選為12～13min；采用所述去離子水的超聲處理的時(shí)間優(yōu)選為2～5min，進(jìn)一步優(yōu)選為3min。在本發(fā)明中，所述預(yù)處理的目的是為了充分去除中碳鋼表面的油脂，便于后續(xù)刻蝕過程中，所述混合溶液與所述中碳鋼表面的良好接觸。

在本發(fā)明中，所述預(yù)處理優(yōu)選還包括超聲處理后的干燥過程，本發(fā)明對(duì)所述干燥過程沒有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的干燥方式即可。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述干燥過程具體為采用吹氮?dú)獾姆绞竭M(jìn)行干燥，所述吹氮?dú)獾乃俾蕛?yōu)選為25～30L/min，所述吹氮?dú)獾臅r(shí)間優(yōu)選為6～10min，進(jìn)一步優(yōu)選為8～9min。

本發(fā)明采用包括FeCl₃和HCl的混合溶液對(duì)中碳鋼基體材料進(jìn)行刻蝕。在本發(fā)明中，所述混合溶液中FeCl₃的濃度為(25～75)g/L，進(jìn)一步優(yōu)選為(30～60)g/L，最優(yōu)選為50g/L；本發(fā)明對(duì)所述FeCl₃的來源沒有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的FeCl₃即可。在本發(fā)明中，所述混合溶液中HCl的濃度為(25～100)g/L，優(yōu)選為(30～80)g/L，進(jìn)一步優(yōu)選為(40～60)g/L，最優(yōu)選為50g/L；本發(fā)明對(duì)所述HCl的來源沒有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的HCl即可。

本發(fā)明優(yōu)選采用將FeCl₃溶液和鹽酸混合的方式得到所述混合溶液。當(dāng)采用將FeCl₃溶液和鹽酸混合的方式得到所述混合溶液時(shí)，所述FeCl₃溶液和所述鹽酸的體積比優(yōu)選為1:1；在本發(fā)明中，所述FeCl₃溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為5～15％，進(jìn)一步優(yōu)選為6～12％，最優(yōu)選為10％；在本發(fā)明中，所述鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為5～20％，進(jìn)一步優(yōu)選為6～16％，更優(yōu)選為8～12％，最優(yōu)選為10％。

本發(fā)明對(duì)所述刻蝕的方式?jīng)]有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的刻蝕方式即可。在本發(fā)明的實(shí)施例中，具體采用將所述混合溶液浸泡所述中碳鋼的方式即可。在本發(fā)明中，所述刻蝕的時(shí)間優(yōu)選為20～80min，進(jìn)一步優(yōu)選為30～60min，最優(yōu)選為40～50min。

在本發(fā)明中，所述刻蝕的溫度優(yōu)選為40～60℃，進(jìn)一步優(yōu)選為40～55℃，最優(yōu)選為42～50℃。在本發(fā)明中，所述刻蝕過程優(yōu)選在恒溫水浴條件下進(jìn)行，確保溫度的穩(wěn)定保持，刻蝕過程環(huán)境穩(wěn)定。本發(fā)明對(duì)所述恒溫水浴采用的恒溫水浴鍋沒有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的恒溫水浴鍋即可。

本發(fā)明還提供了應(yīng)用上述刻蝕方法制備復(fù)合潤(rùn)滑膜的方法，包括以下步驟：

(1)采用上述技術(shù)方案所述刻蝕方法對(duì)中碳鋼基體材料進(jìn)行刻蝕；

(2)將所述刻蝕后的中碳鋼基體材料清洗后進(jìn)行干燥；

(3)將潤(rùn)滑劑涂覆在所述步驟(2)干燥后的中碳鋼基體材料表面后進(jìn)行固化，得到減摩耐磨復(fù)合潤(rùn)滑膜。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案所述刻蝕方法完成刻蝕后，對(duì)所述刻蝕后中碳鋼進(jìn)行清洗后干燥。在本發(fā)明中，所述清洗的方式優(yōu)選為依次采用無水乙醇和去離子水進(jìn)行超聲振蕩清洗，所述超聲振蕩的頻率優(yōu)選為25～30kHz，進(jìn)一步優(yōu)選為26～28kHz；在本發(fā)明中，所述清洗的時(shí)間優(yōu)選為1～10min，進(jìn)一步優(yōu)選為4～6min。

本發(fā)明對(duì)所述去離子水和無水乙醇的來源沒有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的去離子和無水乙醇即可。在本發(fā)明中，通過采用去離子水和無水乙醇完成超聲振蕩清洗，確保獲得穩(wěn)定的粗糙結(jié)構(gòu)的同時(shí)去除掉所述刻蝕過程中殘留在所述中碳鋼表面的混合溶液。在本發(fā)明中，采用所述去離子水進(jìn)行超聲振蕩的時(shí)間與采用無水乙醇進(jìn)行超聲振蕩的時(shí)間比優(yōu)選為(1～3):1。

所述清洗后，本發(fā)明將所述清洗后的中碳鋼基體材料進(jìn)行干燥。本發(fā)明優(yōu)選采用通入惰性氣體的方式進(jìn)行干燥，所述惰性氣體優(yōu)選為氮?dú)狻Ｔ诒景l(fā)明中，所述惰性氣體的通入速率優(yōu)選為15～20L/min，所述惰性氣體的通入時(shí)間優(yōu)選為5～10min，進(jìn)一步優(yōu)選為7～8min。

完成干燥后，將潤(rùn)滑劑涂覆在所述干燥后的中碳鋼基體材料表面后進(jìn)行固化，得到減摩耐磨復(fù)合潤(rùn)滑膜。

在本發(fā)明中，所述潤(rùn)滑劑優(yōu)選為包括硫化物和丙酮的混合物；在本發(fā)明中，所述硫化物和所述丙酮的質(zhì)量比優(yōu)選為(0.5～1)：2，進(jìn)一步優(yōu)選為(0.55～0.75)：2。在本發(fā)明中，所述硫化物的粒徑優(yōu)選為1～2μm；在本發(fā)明中，所述硫化物優(yōu)選為MoS₂、WS₂或FeS，本發(fā)明對(duì)所述MoS₂、WS₂、FeS和丙酮的來源沒有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的即可。

本發(fā)明優(yōu)選將所述硫化物和所述丙酮混合，調(diào)制成糊狀，得到潤(rùn)滑劑。本發(fā)明通過將所述硫化物和所述丙酮混合，提高所述硫化物的粘稠性，有利于后續(xù)所述潤(rùn)滑劑的在中碳鋼表面的粘附。

本發(fā)明優(yōu)選將所述潤(rùn)滑劑涂覆在所述干燥后的中碳鋼表面。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述涂覆具體采用將所述干燥后的中碳鋼埋入所述潤(rùn)滑劑的方式，提高潤(rùn)滑劑和中碳鋼的接觸面積。在本發(fā)明中，所述埋入后的靜置時(shí)間優(yōu)選為5～10min，進(jìn)一步優(yōu)選為6～8min；在本發(fā)明中，所述靜置時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)丙酮的揮發(fā)，所述中碳鋼表面留有硫化物。

本發(fā)明完成所述涂覆后，進(jìn)行固化，得到減摩耐磨復(fù)合潤(rùn)滑膜。在本發(fā)明中，所述固化的溫度優(yōu)選為120～160℃，進(jìn)一步優(yōu)選為130℃～150℃。在本發(fā)明中，所述固化的時(shí)間優(yōu)選為30～90min，進(jìn)一步優(yōu)選為45～60min。在本發(fā)明中，所述固化過程優(yōu)選在恒溫條件下進(jìn)行，確保溫度的穩(wěn)定保持，固化過程環(huán)境穩(wěn)定。本發(fā)明優(yōu)選在干燥箱中進(jìn)行，本發(fā)明對(duì)所述恒溫條件采用的干燥箱沒有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的干燥箱即可。

在本發(fā)明中，完成所述固化后，優(yōu)選對(duì)所述復(fù)合潤(rùn)滑膜進(jìn)行清洗。在本發(fā)明中，所述清洗充分去除掉所述復(fù)合潤(rùn)滑膜表面的混合溶液，得到干凈的復(fù)合潤(rùn)滑膜。本發(fā)明對(duì)所述清洗沒有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的清洗即可，在本發(fā)明的實(shí)施例中具體采用吹氮?dú)獾姆绞竭M(jìn)行清洗，所述吹氮?dú)獾臅r(shí)間以能將殘留在所述復(fù)合潤(rùn)滑膜表面的硫化物吹凈為準(zhǔn)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述氮?dú)獾耐ㄈ胨俾蕛?yōu)選為2～5L/min，所述惰性氣體的通入時(shí)間優(yōu)選為2～5min。

本發(fā)明還提供了上述制備方案制備得到的減摩耐磨復(fù)合潤(rùn)滑膜。在本發(fā)明中，所述復(fù)合潤(rùn)滑膜包括具有刻蝕織構(gòu)的表層和涂覆在所述表層的潤(rùn)滑劑。在本發(fā)明中，所述具有刻蝕織構(gòu)的表層優(yōu)選采用上述技術(shù)方案中提及的包括FeCl₃溶液和鹽酸的混合溶液對(duì)所述中碳鋼基體材料進(jìn)行刻蝕得到。

在本發(fā)明中，所述復(fù)合潤(rùn)滑膜的厚度為0.5～2μm，進(jìn)一步優(yōu)選為1～1.5μm。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的中碳鋼基體的刻蝕方法、減摩耐磨復(fù)合潤(rùn)滑膜及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)的說明，但是不能把它們理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。

實(shí)施例1

依次采用丙酮、石油醚、無水乙醇和去離子水清洗45^#鋼表面，以充分去除試樣表面的油脂和其他雜質(zhì)，其中超聲清洗的頻率均為25kHz，采用丙酮超聲清洗2min，采用石油醚超聲清洗5min，采用無水乙醇超聲清洗10min，采用去離子水超聲清洗2min；然后以25L/min的速率進(jìn)行6min的吹氮?dú)飧稍镞^程，吹干后備用。

吹干后的45^#鋼采用FeCl₃濃度為75g/L和HCl濃度為25g/L的混合溶液浸泡，通過恒溫水浴鍋進(jìn)行50℃的1小時(shí)保溫，取出45^#鋼后用無水乙醇超聲振蕩5min，去離子水超聲振蕩5min，去除FeCl₃溶液和鹽酸的殘留物，隨后進(jìn)行5min的速率為15L/min的吹氮?dú)獾母稍锾幚怼?/p>

對(duì)完成刻蝕的45^#鋼進(jìn)行SEM觀察，SEM觀察結(jié)果如圖21～23所示，其中圖22和圖23分別為圖21中l(wèi)和m對(duì)應(yīng)的局部放大圖。

取10g粒徑為2μm的MoS₂粉末和20g丙酮調(diào)制成糊狀放于瓷舟中，將刻蝕干燥后的45^#鋼埋入其中，完成潤(rùn)滑劑的涂覆。然后將涂覆有潤(rùn)滑劑的45^#鋼置于150℃干燥箱中恒溫加熱1h，取出后以5L/min的速率進(jìn)行5min吹氮?dú)獾姆绞綄埩粼?5^#鋼表面的MoS₂粉末吹凈，得到復(fù)合潤(rùn)滑膜。

對(duì)得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜進(jìn)行SEM觀察，SEM觀察結(jié)果如圖1～3所示，其中圖2和圖3分別為圖1中a和b相應(yīng)的局部放大圖，并對(duì)所得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜進(jìn)行24mm/s摩擦速度下的摩擦試驗(yàn)，磨痕相貌圖如13和14所述，其中圖14是圖13中的h相應(yīng)局部放大圖。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中采用FeCl₃濃度為75g/L和HCl濃度為50g/L的混合溶液對(duì)預(yù)處理后的45^#鋼進(jìn)行刻蝕，其余條件與實(shí)施例1中完全相同。

其間，對(duì)完成刻蝕的45^#鋼進(jìn)行SEM觀察，SEM觀察結(jié)果如圖24～26所示，其中圖25和圖26分別為圖24中n和o對(duì)應(yīng)的局部放大圖。

對(duì)得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜進(jìn)行SEM觀察，SEM觀察結(jié)果如圖4～6所示，其中圖5和圖6分別為圖4中c和d中相應(yīng)的局部放大圖，并對(duì)所得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜進(jìn)行24mm/s摩擦速度下的摩擦試驗(yàn)，磨痕相貌圖如15和16所述，其中圖16是圖15中的i對(duì)應(yīng)局部放大圖。

實(shí)施例3

本實(shí)施例中采用FeCl₃濃度為75g/L和HCl濃度為75g/L的混合溶液對(duì)預(yù)處理后的45^#鋼進(jìn)行刻蝕，其余條件與實(shí)施例1中完全相同。

其間，對(duì)完成刻蝕的45^#鋼進(jìn)行SEM觀察，SEM觀察結(jié)果如圖27～29所示，其中圖28和圖29分別為圖27中p和q對(duì)應(yīng)的局部放大圖。

對(duì)得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜進(jìn)行SEM觀察，SEM觀察結(jié)果如圖7～9所示，其中圖8和圖9分別為圖7中e和f相應(yīng)的局部放大圖，并對(duì)所得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜進(jìn)行24mm/s摩擦速度下的摩擦試驗(yàn)，磨痕相貌圖如17和18所述，其中圖18是圖17中的g對(duì)應(yīng)局部放大圖。

實(shí)施例4

依次采用丙酮、石油醚、無水乙醇和去離子水清洗含碳量為0.60％的中碳鋼表面，以充分去除試樣表面的油脂和其他雜質(zhì)，其中超聲清洗的頻率均為20kHz，采用丙酮超聲清洗5min，采用石油醚超聲清洗2min，采用無水乙醇超聲清洗15min，采用去離子水超聲清洗2min；然后以30L/min的速率進(jìn)行6min的吹氮?dú)飧稍镞^程，吹干后備用。

吹干后的中碳鋼采用FeCl₃濃度為50g/L和HCl濃度為75g/L的混合溶液浸泡，然后通過恒溫水浴鍋進(jìn)行40℃的0.5小時(shí)保溫，取出中碳鋼后用無水乙醇超聲振蕩5min，去離子水超聲振蕩5min，去除FeCl₃溶液和鹽酸的殘留物，隨后進(jìn)行5min的速率為15L/min的吹氮?dú)獾母稍锾幚怼?/p>

取10g粒徑為1μm的MoS₂粉末和20g丙酮調(diào)制成糊狀放于瓷舟中，將刻蝕干燥后的45^#鋼埋入其中，完成潤(rùn)滑劑的涂覆。然后將涂覆有潤(rùn)滑劑的45^#鋼置于150℃干燥箱中恒溫加熱0.5h，取出后以2L/min的速率進(jìn)行5min吹氮?dú)獾姆绞綄埩粼?5^#鋼表面的MoS₂粉末吹凈，得到復(fù)合潤(rùn)滑膜。

實(shí)施例5

依次采用丙酮、石油醚、無水乙醇和去離子水清洗含碳量為0.40％的中碳鋼表面，以充分去除試樣表面的油脂和其他雜質(zhì)，其中超聲清洗的頻率均為25kHz，采用丙酮超聲清洗2min，采用石油醚超聲清洗2min，采用無水乙醇超聲清洗10min，采用去離子水超聲清洗5min；然后以30L/min的速率進(jìn)行6min的吹氮?dú)飧稍镞^程，吹干后備用。

吹干后的中碳鋼采用FeCl₃濃度為50g/L和HCl濃度為75g/L的混合溶液浸泡，然后通過恒溫水浴鍋進(jìn)行40℃的0.5小時(shí)保溫，取出中碳鋼后用無水乙醇超聲振蕩5min，去離子水超聲振蕩5min，去除FeCl₃溶液和鹽酸的殘留物，隨后進(jìn)行5min的速率為15L/min的吹氮?dú)獾母稍锾幚怼?/p>

取15g粒徑為1μm的MoS₂粉末和30g丙酮調(diào)制成糊狀放于瓷舟中，將刻蝕干燥后的45^#鋼埋入其中，完成潤(rùn)滑劑的涂覆。然后將涂覆有潤(rùn)滑劑的45^#鋼置于120℃干燥箱中恒溫加熱90min，取出后以5L/min的速率進(jìn)行2min吹氮?dú)獾姆绞綄埩粼谥刑间摫砻娴腗oS₂粉末吹凈，得到復(fù)合潤(rùn)滑膜。

對(duì)比例1

依次采用丙酮、石油醚、無水乙醇和去離子水清洗45^#鋼表面，以充分去除試樣表面的油脂和其他雜質(zhì)，其中超聲清洗的頻率均為25kHz，采用丙酮超聲清洗2min，采用石油醚超聲清洗5min，采用無水乙醇超聲清洗10min，采用去離子水超聲清洗2min；然后以25L/min的速率進(jìn)行6min的吹氮?dú)飧稍镞^程，吹干后備用。

對(duì)備用樣品進(jìn)行SEM觀察，SEM觀察結(jié)果如圖30和31所示，其中圖31為圖24中r對(duì)應(yīng)的局部放大圖。

不經(jīng)過FeCl₃溶液和鹽酸混合溶液的刻蝕過程，直接取10g粒徑為2μm的MoS₂粉末和20g丙酮調(diào)制成糊狀放于瓷舟中，然后將預(yù)處理后的45^#鋼埋入其中，完成潤(rùn)滑劑的涂覆。然后將涂覆有潤(rùn)滑劑的45^#鋼置于150℃干燥箱中恒溫加熱1h，取出后以5L/min的速率進(jìn)行5min吹氮?dú)獾姆绞綄埩粼?5^#鋼表面的MoS₂粉末吹凈，得到復(fù)合潤(rùn)滑膜。

對(duì)得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜進(jìn)行SEM觀察，SEM觀察結(jié)果如圖10和11所示，其中圖11為圖10中g(shù)相應(yīng)的局部放大圖，并對(duì)所得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜進(jìn)行24mm/s摩擦速度下的摩擦試驗(yàn)，磨痕相貌圖如19和20所述，其中圖20是圖19的k相應(yīng)局部放大圖。

使用多功能摩擦磨損測(cè)試儀(UMT-3，CETR)對(duì)實(shí)施例1～3和對(duì)比例1得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜進(jìn)行摩擦性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖12所述。其中摩擦試驗(yàn)采用點(diǎn)-面接觸的摩擦副進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，面-是不同刻蝕液刻蝕后的銅箔樣品，點(diǎn)-是直徑為4mm的鋼球(Gr15)。試驗(yàn)加載的法向載荷為0.5N，其最大接觸赫茲應(yīng)力為0.68GPa，兩對(duì)偶件的相對(duì)滑動(dòng)速度分別設(shè)定為為24mm/s，滑動(dòng)行程為6mm，試驗(yàn)過程的環(huán)境溫度為25℃，相對(duì)濕度為40％。為了提高試驗(yàn)的可靠性，相同試驗(yàn)均重復(fù)3～5次取平均值。

由圖1～11可以看出經(jīng)過涂覆潤(rùn)滑劑之后，未刻蝕樣品表面均勻的散落了一層潤(rùn)滑劑，而在刻蝕后的樣品表面上，微坑結(jié)構(gòu)里和點(diǎn)蝕形成的孔洞里都填充了較多的潤(rùn)滑劑，但是整個(gè)表面上并沒有存留更多的潤(rùn)滑劑。由圖1～9可以看出，較高的鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)后刻蝕的樣品經(jīng)過刷鍍MoS₂潤(rùn)滑劑后，與較低的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽酸刻蝕后相比，其表面上的微坑結(jié)構(gòu)截留了更多的潤(rùn)滑劑，而孔洞中容納的顆粒也更多，更有利于獲得壽命更長(zhǎng)的固體潤(rùn)滑膜。

按照實(shí)施例1～3、對(duì)比例1技術(shù)方案得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的摩擦特性曲線如圖12所示；經(jīng)不同濃度鹽酸的混合溶液刻蝕處理后得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜的磨痕寬度如表1所示。

由圖12可以看出未織構(gòu)樣品的表面構(gòu)筑潤(rùn)滑膜的壽命均低于織構(gòu)后樣品表面構(gòu)筑的潤(rùn)滑膜壽命。由于有潤(rùn)滑膜的存在，在未織構(gòu)的樣品表面，在最初的很短的時(shí)間內(nèi)能保持較低的摩擦系數(shù)，但是未刻蝕樣品表面過于光滑，構(gòu)筑的固體潤(rùn)滑膜由于粘附力較低，而摩擦區(qū)域附近的潤(rùn)滑劑又難以向摩擦區(qū)副域轉(zhuǎn)移，在摩擦副區(qū)的潤(rùn)滑劑消耗殆盡后，致摩擦副間基底相互接觸使摩擦系數(shù)迅速升高。而織構(gòu)后的樣品表面存在著微坑形微納結(jié)構(gòu)，更有點(diǎn)蝕形成的孔洞來容納更多的潤(rùn)滑劑，在摩擦的過程中作為“微儲(chǔ)存器”將存儲(chǔ)的潤(rùn)滑劑不斷的提供到摩擦區(qū)域里，使其能不斷的進(jìn)行潤(rùn)滑，獲得的更為穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，延長(zhǎng)了摩擦的過程中潤(rùn)滑膜的耐磨壽命。

由圖12可知，未經(jīng)刻蝕直接涂覆潤(rùn)滑劑的表面保持低摩擦系數(shù)的時(shí)間僅僅有大約30秒，經(jīng)歷了初期的磨合后，摩擦系數(shù)迅速的升高到0.7左右，按照實(shí)施例技術(shù)方案處理后的銅箔，在短暫的磨合期后，摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.1左右，起到了極大的減摩效果，并且在9200s內(nèi)均能保持穩(wěn)定的摩擦系數(shù)。按照本領(lǐng)域常識(shí)，摩擦系數(shù)一旦上升到0.67左右說明薄膜已經(jīng)被磨穿。以上結(jié)果表明，通過雙FeCl₃溶液和鹽酸的混合溶液的刻蝕形成表面織構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)合后續(xù)涂覆的潤(rùn)滑劑能對(duì)銅基底表面起到保護(hù)作用，達(dá)到優(yōu)異的減摩效果。

由表1可知，當(dāng)混合溶液中鹽酸質(zhì)量濃度為25g/L～100g/L范圍內(nèi)，按照實(shí)施例技術(shù)方案處理后的銅箔的磨痕寬度低于了250μm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于不經(jīng)過雙氧水的刻蝕處理的銅箔表面263μm的磨痕寬度，表明本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了提高銅表面耐磨性能。

表1包括不同濃度鹽酸的混合溶液處理后的45^#鋼表面的磨痕寬度

由圖13～圖20可知，未經(jīng)刻蝕直接進(jìn)行潤(rùn)滑劑的涂覆，進(jìn)行1800s的滑動(dòng)摩擦后產(chǎn)生了嚴(yán)重的磨損，其磨痕平均寬度超過了260μm；按照實(shí)施例技術(shù)方案得到的復(fù)合潤(rùn)滑膜表面只有很輕微的磨損，平均磨痕寬度不高于250μm，這說明通過FeCl₃和HCl的混合溶液的刻蝕形成表面織構(gòu)，結(jié)合潤(rùn)滑劑的涂覆和固化處理實(shí)現(xiàn)了減摩耐磨。

由圖13～圖20可知，經(jīng)刻蝕后的樣品磨痕中的微坑結(jié)構(gòu)有較多保留，磨損較為輕微，潤(rùn)滑劑能有效從微坑結(jié)構(gòu)和點(diǎn)蝕孔中被對(duì)偶件轉(zhuǎn)移到摩擦區(qū)域進(jìn)行潤(rùn)滑，同時(shí)微坑結(jié)構(gòu)和點(diǎn)蝕孔在一定程度上也能容納摩擦產(chǎn)生的磨屑，減少磨粒磨損，這些過程有利于降低摩擦系數(shù)和增加其穩(wěn)定性，也有利于延長(zhǎng)潤(rùn)滑膜的耐磨壽命；未刻蝕的樣品表面一方面由于潤(rùn)滑劑粘附力不好難以存留，潤(rùn)滑膜容易破裂，進(jìn)而磨損加劇，產(chǎn)生了大量的磨屑；同時(shí)由于沒有微坑結(jié)構(gòu)和點(diǎn)蝕孔來容納摩擦產(chǎn)生的磨屑，易發(fā)生磨粒磨損，進(jìn)一步加深磨損情況，摩擦系數(shù)迅速升高。

由圖30和31可以看出未刻蝕鋼塊表面僅有加工紋理，并無其他特殊形貌，使用多功能表面粗糙度儀(tr100)對(duì)刻蝕前后樣品的表面粗糙度進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)得其表面粗糙度Ra也僅僅只有0.025μm，采用本申請(qǐng)實(shí)施例1所示混合溶液進(jìn)行刻蝕后，如圖21～23所示，基體表面不僅出現(xiàn)了微坑狀的微納結(jié)構(gòu)，還分布了一些由于點(diǎn)蝕形成的點(diǎn)蝕孔，表面粗糙度Ra也上升到了0.89μm；結(jié)合采用實(shí)施例2和3所示的混合溶液進(jìn)行刻蝕后的基體表面的微坑結(jié)構(gòu)分布更為均勻，如圖24～29所示，微坑的分布密度更大，而點(diǎn)蝕形成的孔洞，平均直徑也變得更大，深度更深，樣品表面粗糙度Ra也略有降低，分別達(dá)到了0.61μm和0.63μm。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。