[发明专利]通过表面刻蚀覆膜金属离子注入改善聚酰亚胺/高分子量聚乙烯摩擦学性能的方法

说明书

本发明公开了一种通过表面刻蚀覆膜金属离子注入改善聚酰亚胺/高分子量聚乙烯摩擦学性能的方法，是先利用激光刻蚀技术对聚酰亚胺/高分子量聚乙烯表面进行图形织构化处理，使聚酰亚胺/高分子量聚乙烯表面形成微观粗糙结构，再利用不锈钢膜遮盖聚酰亚胺/高分子量聚乙烯表面，并采用Mevva‑V·Ru真空电弧离子源离子在聚酰亚胺/高分子量聚乙烯表面图形外区域注入金属元素或非金属元素，获得低摩擦学性能的改性聚酰亚胺/高分子量聚乙烯。改性聚酰亚胺/高分子量聚乙烯的摩擦系数降低至0.3~0.1，具有优异的摩擦性能，更小的磨损和更长的寿命，可用于航空/航天、机车、汽车和精密机械等领域。

技术领域

本发明涉及一种聚酰亚胺/高分子量聚乙烯表面耐摩擦改性方法，尤其涉及一种通过表面图形化金属离子注入改善聚酰亚胺/高分子量聚乙烯摩擦学性能的方法。

背景技术

传统机械零件表面结构是自然、被动、随机形成的，对其表面的进行织构化（图形化）处理是一种主动设计制造有序图形的方法。尤其是在摩擦领域，是指人为在摩擦副的表面加工出具有一定形状和尺寸的表面微形状，包括凹坑和凸起两种主要类型，织构处理能够有效的降低摩擦系数，为摩擦部件带来可储存润滑剂降低摩擦系数。同时，相关研究表明，光滑的表面不一定耐磨，非光滑形态的表面也就是织构表面具有更高的耐磨性。

聚酰亚胺/高分子量聚乙烯因其优异的物理化学性能，被列入21世纪最有希望的工程用聚合物之一，但其高可靠长寿命服役仍受限于摩擦磨损，因此对其表面改性获得具有优异摩擦学性能的聚酰亚胺/高分子量聚乙烯是必要的。ZL201610148070.0提供了一种摩擦副激光微织构表面固体润滑处理方法，能够改善微织构自润滑表面的高温滑动摩擦性能。ZL 201810380331.0提供了一种具有复合织构的干摩擦自润滑滑动轴承及制造方法。具体包括：一、在金属基板上加工沟状织构；二、将环氧树脂与固化剂混合，搅拌均匀；三、配填料，按体积百分比配摩擦改进剂；四、按照体积百分比配置环氧树脂和固化剂，以及摩擦改进剂，混合搅拌；五、环氧树脂基复合材料均匀涂抹在金属底板的沟状织构中，然后加热，充分固化；六、打磨去除金属基板上多余的环氧树脂基复合材料；七、落料卷制，卷制成轴套。该发明具有摩擦系数低、磨损小以及适用于低速重载工况的优点。利ZL 201710621387.6公开一种织物型表面织构摩擦预填充式自润滑关节轴承。该发明在一定程度上弥补了表面织构的边缘在摩擦初期对织物型衬垫的磨损，且自润滑材料在摩擦方式下填充更易于充满表面织构，工艺简单。织构化表面预填充的自润滑材料优化了摩擦界面材料配置，使得摩擦表面转移膜易于生成，并在一定程度上弱化织构边缘切削效应，使得摩擦界面具有较低的静摩擦系数和较低的动摩擦系数，从而大幅度提高自润滑关节轴承的使用寿命。但是，随着科技的进步，如何提高聚酰亚胺/高分子量聚乙烯表面的耐磨性能，降低摩擦系数，仍然面临困境。

发明内容

本发明的目的提供一种通过表面图形化金属离子注入改善聚酰亚胺/高分子量聚乙烯摩擦学性能的方法。

一、表面图形化金属离子注入改善聚酰亚胺/高分子量聚乙烯摩擦学性能

本发明改善改善聚酰亚胺/高分子量聚乙烯摩擦学性能的方法，是先利用激光刻蚀技术对聚酰亚胺/高分子量聚乙烯表面进行图形化处理，使聚酰亚胺/高分子量聚乙烯表面形成微观粗糙结构，再利用不锈钢膜遮盖聚酰亚胺/高分子量聚乙烯表面，并采用Mevva-V·Ru真空电弧离子源离子，在聚酰亚胺/高分子量聚乙烯表面图形外区域注入金属元素或非金属元素，获得低摩擦学性能的改性聚酰亚胺/高分子量聚乙烯。具体改性工艺如下：

（1）将聚酰亚胺/高分子量聚乙烯和不锈钢板分别在去离子水中超声清洗10~15min，重复2~4次，去除表面的污染物；不锈钢板的厚度为2~3 mm。

（2）将清洗后的不锈钢板放入光刻加工系统，对不锈钢板进行图形化处理；