电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层及制备方法与流程

1.本发明属于材料成型技术领域，具体涉及电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层及制备方法。


背景技术：

2.电梯运行时，若轿顶绳头组合器的安装处于理想状态，电梯系统重量由绳头组合器承受，此时导靴无外加载荷。然而实际上，载荷一般都会偏离轿厢中心线，此时导靴就会受力，轿厢导靴在工作中承受着偏重力的作用，导轨导靴之间的摩擦增大。
3.目前，针对电梯靴衬易磨损问题，通常采用的方法为多次更换靴衬或者选用摩擦系数更大的靴衬材料，不经济又耗时费力，而摩擦系数更大的靴衬材料会使得电梯运行过程中摩擦力增大，导致运行能耗增加，针对此通常通过添加润滑油或者减小导轨和导靴表面粗糙度的方式来讲笑摩擦力，然而，这对材料性能、加工精度和成本提出了新的挑战。
4.提供一种既可以有效减摩的具有应用价值的靴衬用材料，是提高靴衬使用寿命的关键。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层及制备方法，该复合涂层原料包括碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺，具有优秀的耐磨损和自润滑特性，可有效实现电梯靴衬防护，延长电梯靴衬的使用寿命。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层，其特征在于，所述复合涂层的原料包括碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺，所述复合涂层的原料中，碳化硅的质量百分含量为5％～15％，改性石墨烯的质量百分含量为5％～15％，聚己二酰己二胺的质量百分含量为70％～90％。
7.上述的电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层，其特征在于，所述改性石墨烯为纳米碳化硅改性石墨烯。
8.上述的电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层，其特征在于，所述纳米碳化硅改性石墨烯的制备方法包括：
9.步骤一、将原料石墨烯粉末加入无水乙醇中，搅拌至混合均匀，得到石墨烯混合体系a；
10.步骤二、向步骤一所述石墨烯混合体系a中加入去离子水，超声分散 8h～12h，得到石墨烯混合体系b；
11.步骤三、将正硅酸乙酯加入步骤二所述石墨烯混合体系b中，搅拌 2h～6h，抽滤，烘干，真空烧结，得到纳米碳化硅改性石墨烯。
12.上述的电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层，其特征在于，步骤一所述原料石墨烯粉末的比表面积为180m2/g～280m2/g，5μm＜平均粒径＜10μm，碳含量为70％～
80％；步骤一所述无水乙醇的质量为原料石墨烯粉末质量的400倍～600倍；步骤二所述超声分散的频率为20hz～40hz，功率为1000w～1200w；步骤二所述去离子水的质量为原料石墨烯粉末质量的400倍～600倍；步骤三所述正硅酸乙酯的质量为石墨烯混合体系b质量的1/600倍～1/500倍；步骤三所述烘干的温度为100℃～140℃，时间为 4h～8h；步骤三所述真空烧结的温度为1400℃～1600℃，升温速率为10℃ /min～14℃/min，保温时间为8h～12h，真空度为400pa～600pa。
13.上述的电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层，其特征在于，所述碳化硅为以正硅酸乙酯粉末为硅源，以石墨烯粉末为碳源制备得到的碳化硅，制备方法具体包括：
14.步骤一、将正硅酸乙酯粉末和石墨烯粉末的混合粉体置于无水乙醇介质中球磨10h～14h，得到球磨后体系；
15.步骤二、100℃～140℃温度条件下，将步骤一所述球磨后体系烘2h～6h，得到烘干后粉体；
16.步骤三、真空条件下，将步骤二所述烘干后粉体在1400℃～1600℃烧结4h～8h，完成碳化硅的制备。
17.上述的电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层，其特征在于，步骤一球磨所用磨球为碳化硅磨球；步骤一所述正硅酸乙酯粉末和石墨烯粉末的混合粉体中，正硅酸乙酯粉末的质量百分含量为75％～85％，石墨烯粉末的质量百分含量为15％～25％，所述正硅酸乙酯粉末的平均粒径dz满足：5μm＜dz＜10μm，所述石墨烯粉末的比表面积为180m2/g～280m2/g，5μm ＜平均粒径＜10μm，碳含量为70％～80％；步骤三烧结的升温速率为10℃ /min～14℃/min，真空度为100pa～300pa。
18.上述的电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层，其特征在于，所述复合涂层的厚度为200μm～400μm。
19.此外，本发明还提供一种制备上述电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层的方法，其特征在于，包括：
20.步骤一、将碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺的混合粉体置于无水乙醇中，搅拌至混合均匀，得到复合粉体体系a；
21.步骤二、向步骤一所述复合粉体体系a中加入去离子水，超声处理 6h～10h，得到复合粉体体系b；
22.步骤三、60℃～100℃温度条件下，将步骤二所述复合粉体体系b搅拌 2h～6h，烘干至恒重，筛分，得到混合粉末；
23.步骤四、80℃～120℃温度条件下，将步骤三所述混合粉末烘 40min～80min，得到烘干后混合粉末；
24.步骤五、将步骤四所述烘干后混合粉末利用火焰喷涂工艺喷涂至待涂覆靴衬表面。
25.上述的方法，其特征在于，步骤一所述无水乙醇的质量为碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺的混合粉体质量的400倍～600倍；步骤二所述超声处理的频率为20hz～40hz，功率为1000w～1200w；步骤二所述去离子水的质量为碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺的混合粉体质量的400 倍～600倍。
26.上述的方法，其特征在于，步骤五所述火焰喷涂中，压缩空气流量为 200l/min～
400l/min，燃气丙烷流量为20l/min～60l/min，送粉气体为氮气，氮气流量为60l/min～100l/min，喷枪移动速度为40mm/s～80mm/s，喷涂距离为400mm～600mm。
27.本发明与现有技术相比具有以下优点：
28.1、本发明的电梯导靴靴衬用复合涂层原料包括碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺，具有优秀的耐磨损和自润滑特性，可有效实现电梯靴衬防护，延长电梯靴衬的使用寿命。
29.2、本发明的电梯导靴靴衬用复合涂层中包括具有极高硬度和耐磨损性能的碳化硅，且碳化硅是以直接混合碳化硅和附着于石墨烯表面的纳米碳化硅颗粒的形式掺入复合涂层中，具备更有效的机械保护作用。
30.3、本发明的电梯导靴靴衬用复合涂层中包括聚己二酰己二胺，与靴衬表面结合强度高，避免因靴衬粗糙底层导致的涂层附着性较差的问题，同时尼龙可有效吸收冲击应力，避免涂层开裂，有效保护导靴靴衬和导轨。
31.4、作为优选，本发明的碳化硅为以正硅酸乙酯粉末为硅源，以石墨烯粉末为碳源经过碳热还原反应制备得到的碳化硅，具有反应物接触面积大、碳源颗粒在二氧化硅表面分布均匀程度高、晶粒形貌尺寸均匀不易团聚、不需二次破碎且纯度高的特点。
32.5、作为优选，本发明的改性石墨烯为以正硅酸乙酯为硅前驱体对石墨烯进行改性后得到的改性石墨烯，可有效解决因石墨烯与碳化硅质量相差过大致使混合过程易团聚、流失、混合不均匀等问题，通过改性提高石墨烯重量，既可以保证改性石墨烯在涂层中的成分含量、相容性和均匀分布，同时可充分利用石墨烯和碳化硅的物化性能。
33.6、本发明提供一种制备上述复合涂层的方法，包括将碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺混合、干燥和经火焰喷涂涂覆至靴衬表面，可有效利用石墨烯片层间剪切力极小以及在摩擦过程中石墨烯片层之间发生相对滑动的特性，赋予复合涂层自润滑的性能，可以代替摩擦副表面金属件的相对滑动，实现磨屑与摩擦副表面的分离，降低摩擦系数，减少磨损。
34.7、本发明的制备方法中包括将混合粉末经火焰喷涂工艺喷涂至靴衬表面，可有效提高塑化性能和结合性能，提高涂层结晶度和抗拉性能。
35.8、本发明的方法中，原料来源广泛，成本低廉，具有广阔的应用前景。
36.下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
37.图1为实施例3-1的涂层表面的金相照片。
具体实施方式
38.实施例1-1
39.本实施提供一种纳米碳化硅改性石墨烯的方法，包括：
40.步骤一、将原料石墨烯粉末加入无水乙醇中，搅拌至混合均匀，得到石墨烯混合体系a；所述原料石墨烯粉末的比表面积为180m2/g～280m2/g， 5μm＜平均粒径＜10μm，碳含量为70％～80％；所述无水乙醇的质量为原料石墨烯粉末质量的400倍；
41.步骤二、向步骤一所述石墨烯混合体系a中加入去离子水，超声分散 8h，得到石墨
烯混合体系b；所述超声分散的频率为20hz，功率为1000w；所述去离子水的质量为原料石墨烯粉末质量的400倍；
42.步骤三、将正硅酸乙酯加入步骤二所述石墨烯混合体系b中，搅拌 2h，抽滤，烘干，真空烧结，得到纳米碳化硅改性石墨烯；所述正硅酸乙酯的质量为石墨烯混合体系b质量的1/500；所述烘干的温度为100℃，时间为4h；所述真空烧结的温度为1400℃，升温速率为10℃/min，保温时间8h，真空度为400pa。
43.实施例1-2
44.本实施提供一种纳米碳化硅改性石墨烯的方法，包括：
45.步骤一、将原料石墨烯粉末加入无水乙醇中，搅拌至混合均匀，得到石墨烯混合体系a；所述原料石墨烯粉末的比表面积为180m2/g～280m2/g， 5μm＜平均粒径＜10μm，碳含量为70％～80％；所述无水乙醇的质量为原料石墨烯粉末质量的500倍；
46.步骤二、向步骤一所述石墨烯混合体系a中加入去离子水，超声分散 10h，得到石墨烯混合体系b；所述超声分散的频率为30hz，功率为1100w；所述去离子水的质量为原料石墨烯粉末质量的500倍；
47.步骤三、将正硅酸乙酯加入步骤二所述石墨烯混合体系b中，搅拌 4h，抽滤，烘干，真空烧结，得到纳米碳化硅改性石墨烯；所述正硅酸乙酯的质量为石墨烯混合体系b质量的1/550；所述烘干的温度为120℃，时间为6h；所述真空烧结的温度为1500℃，升温速率为12℃/min，保温时间10h，真空度为500pa。
48.实施例1-3
49.本实施提供一种纳米碳化硅改性石墨烯的方法，包括：
50.步骤一、将原料石墨烯粉末加入无水乙醇中，搅拌至混合均匀，得到石墨烯混合体系a；所述原料石墨烯粉末的比表面积为180m2/g～280m2/g， 5μm＜平均粒径＜10μm，碳含量为70％～80％；所述无水乙醇的质量为原料石墨烯粉末质量的600倍；
51.步骤二、向步骤一所述石墨烯混合体系a中加入去离子水，超声分散 12h，得到石墨烯混合体系b；所述超声分散的频率为40hz，功率为1200w；所述去离子水的质量为原料石墨烯粉末质量的600倍；
52.步骤三、将正硅酸乙酯加入步骤二所述石墨烯混合体系b中，搅拌 6h，抽滤，烘干，真空烧结，得到纳米碳化硅改性石墨烯；所述正硅酸乙酯的质量为石墨烯混合体系b质量的1/600；所述烘干的温度为140℃，时间为8h；所述真空烧结的温度为1600℃，升温速率为14℃/min，保温时间12h，真空度为600pa。
53.实施例2-1
54.本实施例提供一种以正硅酸乙酯粉末为硅源，以石墨烯粉末为碳源制备得到碳化硅的方法，具体包括：
55.步骤一、将正硅酸乙酯粉末和石墨烯粉末的混合粉体置于无水乙醇介质中球磨10h，得到球磨后体系；球磨所用磨球为碳化硅磨球；所述正硅酸乙酯粉末和石墨烯粉末的混合粉体中，正硅酸乙酯粉末的质量百分含量为75％，石墨烯粉末的质量百分含量为25％；所述正硅酸乙酯粉末的平均粒径dz满足：5μm＜dz＜10μm，所述石墨烯粉末的比表面积为 180m2/g～280m2/g，5μm＜平均粒径＜10μm，碳含量为70％～80％；
56.步骤二、100℃温度条件下，将步骤一所述球磨后体系烘2h，得到烘干后粉体；
57.步骤三、真空条件下，将步骤二所述烘干后粉体在1400℃烧结4h，完成碳化硅的制备；烧结的升温速率为10℃/min，真空度为100pa。
58.实施例2-2
59.本实施例提供一种以正硅酸乙酯粉末为硅源，以石墨烯粉末为碳源制备得到碳化硅的方法，具体包括：
60.步骤一、将正硅酸乙酯粉末和石墨烯粉末的混合粉体置于无水乙醇介质中球磨12h，得到球磨后体系；球磨所用磨球为碳化硅磨球；所述正硅酸乙酯粉末和石墨烯粉末的混合粉体中，正硅酸乙酯粉末的质量百分含量为80％，石墨烯粉末的质量百分含量为20％；所述正硅酸乙酯粉末的平均粒径dz满足：5μm＜dz＜10μm，所述石墨烯粉末的比表面积为 180m2/g～280m2/g，5μm＜平均粒径＜10μm，碳含量为70％～80％；
61.步骤二、120℃温度条件下，将步骤一所述球磨后体系烘4h，得到烘干后粉体；
62.步骤三、真空条件下，将步骤二所述烘干后粉体在1500℃烧结6h，完成碳化硅的制备；烧结的升温速率为12℃/min，真空度为200pa。
63.实施例2-3
64.本实施例提供一种以正硅酸乙酯粉末为硅源，以石墨烯粉末为碳源制备得到碳化硅的方法，具体包括：
65.步骤一、将正硅酸乙酯粉末和石墨烯粉末的混合粉体置于无水乙醇介质中球磨14h，得到球磨后体系；球磨所用磨球为碳化硅磨球；所述正硅酸乙酯粉末和石墨烯粉末的混合粉体中，正硅酸乙酯粉末的质量百分含量为85％，石墨烯粉末的质量百分含量为15％；所述正硅酸乙酯粉末的平均粒径dz满足：5μm＜dz＜10μm，所述石墨烯粉末的比表面积为 180m2/g～280m2/g，5μm＜平均粒径＜10μm，碳含量为70％～80％；
66.步骤二、140℃温度条件下，将步骤一所述球磨后体系烘6h，得到烘干后粉体；
67.步骤三、真空条件下，将步骤二所述烘干后粉体在1600℃烧结8h，完成碳化硅的制备；烧结的升温速率为14℃/min，真空度为300pa。
68.实施例3-1
69.本实施例提供一种电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层，所述复合涂层的原料包括碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺，所述复合涂层的原料中，碳化硅的质量百分含量为5％，改性石墨烯的质量百分含量为5％，聚己二酰己二胺的质量百分含量为90％。
70.所述改性石墨烯为实施例1-1所述纳米碳化硅改性石墨烯。
71.所述碳化硅为实施例2-1的碳化硅。
72.所述复合涂层的厚度为200μm。
73.本实施例还提供一种上述电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层的制备方法，具体包括：
74.步骤一、按照待涂覆表面面积和涂层厚度确定碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺的粉体质量，将碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺的混合粉体置于无水乙醇中，搅拌至混合均匀，得到复合粉体体系a；所述无水乙醇的质量为碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺的混合粉体质量的400倍；
75.步骤二、向步骤一所述复合粉体体系a中加入去离子水，超声处理 6h，得到复合粉体体系b；所述超声处理的频率为20hz，功率为1000w；所述去离子水的质量为碳化硅、改性
石墨烯和聚己二酰己二胺的混合粉体质量的400倍；
76.步骤三、60℃温度条件下，将步骤二所述复合粉体体系b搅拌6h，烘干至恒重，筛分，得到混合粉末；
77.步骤四、80℃温度条件下，将步骤三所述混合粉末烘40min，得到烘干后混合粉末；
78.步骤五、将导靴靴衬(钢20)表面进行表面除锈、除氧化皮和除油清洁处理，得到待涂覆靴衬表面，将步骤四所述烘干后混合粉末利用火焰喷涂工艺喷涂至待涂覆靴衬表面；所述火焰喷涂中，压缩空气流量为 200l/min，燃气丙烷流量为20l/min，送粉气体为氮气，氮气流量为 60l/min，喷枪移动速度为40mm/s，喷涂距离为400mm。
79.实施例3-2
80.本实施例提供一种电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层，所述复合涂层的原料包括碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺，所述复合涂层的原料中，碳化硅的质量百分含量为10％，改性石墨烯的质量百分含量为10％，聚己二酰己二胺的质量百分含量为80％。
81.所述改性石墨烯为实施例1-2所述纳米碳化硅改性石墨烯。
82.所述碳化硅为实施例2-2的碳化硅。
83.所述复合涂层的厚度为300μm。
84.本实施例还提供一种上述电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层的制备方法，具体包括：
85.步骤一、按照待涂覆表面面积和涂层厚度确定碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺的粉体质量，将碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺的混合粉体置于无水乙醇中，搅拌至混合均匀，得到复合粉体体系a；所述无水乙醇的质量为碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺的混合粉体质量的500倍；
86.步骤二、向步骤一所述复合粉体体系a中加入去离子水，超声处理 8h，得到复合粉体体系b；所述超声处理的频率为30hz，功率为1100w；所述去离子水的质量为碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺的混合粉体质量的600倍；
87.步骤三、80℃温度条件下，将步骤二所述复合粉体体系b搅拌4h，烘干至恒重，筛分，得到混合粉末；
88.步骤四、100℃温度条件下，将步骤三所述混合粉末烘60min，得到烘干后混合粉末；
89.步骤五、将导靴靴衬(钢20)表面进行表面除锈、除氧化皮和除油清洁处理，得到待涂覆靴衬表面，将步骤四所述烘干后混合粉末利用火焰喷涂工艺喷涂至待涂覆靴衬表面；所述火焰喷涂中，压缩空气流量为 300l/min，燃气丙烷流量为40l/min，送粉气体为氮气，氮气流量为 80l/min，喷枪移动速度为60mm/s，喷涂距离为500mm。
90.本实施例中的复合涂层结构与实施例3-1基本一致。
91.实施例3-3
92.本实施例提供一种电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层，所述复合涂层的原料包括碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺，所述复合涂层的原料中，碳化硅的质量百分含量为15％，改性石墨烯的质量百分含量为15％，聚己二酰己二胺的质量百分含量为70％。
93.所述改性石墨烯为实施例1-3所述纳米碳化硅改性石墨烯。
94.所述碳化硅为实施例2-3的碳化硅。
95.所述复合涂层的厚度为400μm。
96.本实施例还提供一种上述电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层的制备方法，具体包括：
97.步骤一、按照待涂覆表面面积和涂层厚度确定碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺的粉体质量，将碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺的混合粉体置于无水乙醇中，搅拌至混合均匀，得到复合粉体体系a；所述无水乙醇的质量为碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺的混合粉体质量的600倍；
98.步骤二、向步骤一所述复合粉体体系a中加入去离子水，超声处理 10h，得到复合粉体体系b；所述超声处理的频率为40hz，功率为1200w；所述去离子水的质量为碳化硅、改性石墨烯和聚己二酰己二胺的混合粉体质量的500倍；
99.步骤三、100℃温度条件下，将步骤二所述复合粉体体系b搅拌2h，烘干至恒重，筛分，得到混合粉末；
100.步骤四、120℃温度条件下，将步骤三所述混合粉末烘80min，得到烘干后混合粉末；
101.步骤五、将导靴靴衬(钢20)表面进行表面除锈、除氧化皮和除油清洁处理，得到待涂覆靴衬表面，将步骤四所述烘干后混合粉末利用火焰喷涂工艺喷涂至待涂覆靴衬表面；所述火焰喷涂中，压缩空气流量为400l/min，燃气丙烷流量为60l/min，送粉气体为氮气，氮气流量为 100l/min，喷枪移动速度为80mm/s，喷涂距离为600mm。
102.本实施例中的复合涂层结构与实施例3-1基本一致。
103.性能评价：
104.图1为实施例3-1的涂层表面的金相照片，从图1中可明显的观察到基体与涂层的结合状况良好，涂层的微观组织均匀，结构致密，无明显孔隙和裂纹，表明采用本发明的方法可在靴衬表面形成结构致密的涂层。
105.实施例3-1～3-3的电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层利用摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验的实验结果见表1，其中施加载荷为 200n，转速为2500r/min。
106.从表1可以观察到，在相同摩擦磨损测试条件下，相对于无涂层的靴衬，有本发明的电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层的具有明显降低的磨损量，表明本发明的电梯导靴靴衬用碳化硅石墨烯尼龙复合涂层可有效提高电梯导靴靴衬的耐磨自润滑性能。
107.表1本发明有涂层防护的电梯导靴靴衬的耐磨损性能
108.样品磨损40h(mg)磨损60h(mg)磨损80h(mg)20钢(未喷涂)130152186实施例3-1687590实施例3-1728188实施例3-3737883
109.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。