本发明涉及表面精整屋，它使一种基质变得不易被擦伤和侵蚀，有耐久的干的光滑性，抗腐蚀及改进的润滑油膜建立特性，以及使一种基质形成这种精整层的方法。 虽然，本发明主要是指金属基质的表面精整，但显然这种表面精整同样适于应用到其它适合材料，如陶瓷合成物基质的表面精整。还应指出，本发明所用金属基质的范围可以从非常硬的金属开始一直到软金属，按洛氏硬度测量，其硬度可大于洛氏硬度40，而软金属可具有在洛氏硬度B标级中测到的数值。
因此，各种基质材料可以应用于本发明，只要这些材料具有足够的结构完整性，并能承受施加在基质的高压冲击工艺就都可以。
各种抗腐蚀的涂覆，以及将这种涂覆应用到基质中的方法在本发明之前已经公开。例如可参阅美国专利，其专利号是：3，574，658;3，754，976;4，288，670;4，312，900;4，333，840;4，415，419;4，522，784;4，553，417;及4，753，094。
在这方面，上述几个专利公开了靠喷丸硬化或喷丸工序将涂料施加于工件表面的工艺，在这种喷丸硬化或喷丸工序中，将涂料加在细末或其它丸状物料的表面，并在高压下对着工件表面冲击，以便将粉末或丸上的涂料加在工件表面上。例如美国专利3，574，658就公开了一种方法，将自然状态钼或钨的二硫化物中的干膜润滑剂涂到丸状物料中，然后将这种干膜润滑剂物料施于工件的表面上形成一种涂层。美国专利3，754，976所公开的涂覆工艺中，将丸和粉末金属对着工件的表面喷射，而该工件预先用平稳地不带涂料的喷丸粒子流清理过。美国专利4，228，670所公开的工艺中，钢或玻璃丸和润滑剂共同混合在一起并喷射在工件上，这样，将润滑剂施于工件表面上。美国专利4，312，900所公开的工艺中，工件表面先用玻璃或砂子这类磨料进行喷丸清理，使工件的表面产生凹坑，接着，利用喷丸处理将干的二硫化钼抛光到工件表面所形成的凹坑中，还有美国专利4，552，784所公开的工艺中，利用喷丸硬化技术将金属粉末涂敷到工件表面。美国专利4，753，094所公开的工艺中，通过喷丸作用将二硫化钼薄膜涂层加到基质表面，这样，二硫化钼作为涂层粘附在基质表面。
然而，在先公开中尚未见有如本发明的产品完成具有的综合性能特点的产品公开，也未有人提供这种产品的生产工艺。事实上，需要延长基质表面，如金属表面的抗磨寿命，减少该表面的磨擦，以便降低修复和更换费用，过去和现在都一直是人们尽力开发的重点。尽管如此，由于这些已知的涂覆、喷涂和润滑剂（湿的或干的），这种研制仅获得很有限的成功。每种处理基质，如金属表面的已知技术，在成本，难于实施，及完成产品性能等方面都存在着明显的问题和缺陷。
特别是，据信本发明的这种工艺造成的是表面的改性，其间许多聚合物与该经处理的表面或基质相结合。为此，术语“结合”或“被结合”系指物理性的结合，或是化学性结合，而这种结合即导致产品表现出的所要求的特性。基于这种认识，目前设定本发明的表面精整不是涂覆层，而是永久性地与基质的结合，而且只能靠磨掉基质才能去除其本身。因此，本发明的这种表面精整工艺所生产的产品具有永久的光整表面，其寿命长，具有耐久的干膜润滑性及抗腐蚀，而这些为在先者所不具备。
在现有生产工艺中，将聚合物理想的物理性能应用于基质的表面，例如金属表面，通常使用碳氟聚合物作为涂料，这种碳氟聚合物如四氟乙烯，这种商品由杜邦狄马斯公司以“特福隆”的商品名称出售（“Teflon”by E.I.DU Pond，de Nemour & Co.）。人们知道，涂在表面上的特福隆能减少摩擦和粘附力，但须采用如含环氧基的底漆才能被涂敷到基质上。因此所涂覆的表面在适当的压力下即易擦掉，不能均匀或很薄地涂敷，并需采用高温。
本发明克服了现有技术中的诸多缺陷。它包括用金属硫化物和一种碳氟化合物的聚合物配制成粒子混合物，金属碳化物如：二碳化钼或二硫化钨、碳氟化合物的聚合物如四氟乙烯，其中碳氟聚合物对金属硫化物的最佳比率（重量百分比）约为1∶1到10∶1。
以足够的压力和时间使呈压力状态的该颗粒混合流喷射至一个基质表面以引起表面的改性，此间该颗粒混合物与基质相互作用。对于基质表面的这种精整作用的结果表明，所生产的产品有显著的抗腐作用，寿命长，经久耐用的干膜润滑等特性。另外，还发现表面精整在基质或工件的表面上提供了非常薄的，不渗透的，表面硬化的外表面。已经证明这些表面精整非常之薄，以致精整不影响任何被加工零件或组件的极限公差。
因此，本发明总的目的是提供一种新的并经改进的用在基质上的表面精整，并提供一种将这种表面精整施于基质上的方法。
本发明的另一个目的是提供一种抗腐蚀的表面精整。并使这种表面精整具有寿命长，经久耐用的干膜润滑特性，并在基底上提供一种不渗透，表面硬化的外表面。
本发明的再一个目的是提供一种生产抗腐，寿命长，经久耐用的干膜润滑的基质上的表面精整层的方法。
本发明的再一个目的是提供一种经过表面精整并具有永久干膜润滑性能的产品。
本发明的再一个目的是提供一种具有寿命长，经久耐用的干膜润滑及高抗热的金属表面。
本发明的再一个目的是提供一种薄的表面精整层的产生方法，这种精整的表面具有寿命长，经久耐用的干膜润滑以及抗腐蚀，抗热的性能，并改善的薄膜保持的性能。
本发明的再一个目的是提供一种相对简便和便宜的表面精整层施加到基质上的方法。
本发明上述提出的目的及其它目的，通过下文详述，本领域内的普通技术人员将会更易理解。
图1是一个流程示意图，图中示出了将干润滑、抗腐蚀表面精整层施用于基质表面的本发明的方法。
该图是一个流程示意图，显示将表面精整层施用于一种基质的本发明方法的一个实施例。
图1所描述的本发明的实施例中，记载了一种数个工序的工艺过程，该工艺中，在进行下道工序之前，首先用适当的溶剂对基质表面进行预清洗工序，以便从基质上除去任何表面的松散污物，如碳氢化合物以及其他物理和化学的碎屑。利用预清理工序的目的是减少基质所遇到的和对用于基质表面精整的喷丸会有影响的污物。
用于这种预清理的适用溶剂，在某种程度上取决于基质的状况。例如，非常脏的，油腻的基质就需要使用一种干洗溶剂（stoddard）清洗基质表面。对于未脱气的基质表面，例如铬/钼或不锈钢，可在超声波净化工艺中使用1，1，1三氯乙烷或其等效的溶剂。对于脱气的基质，可在超声波净化工艺中使用一种布兰森内算法溶剂（Branson IS solvent）。
在实验室利用特殊溶剂预清洗的工序中，将金属基质放在干洗剂和按1∶4比例稀释的享利-赛福特殊配方脱脂剂（Hurri-Safe Special Formula Degreaser）中在一部享利-克林冷件清洗机（a Hurri-Kleen cold part washing wachine）内用刷子擦洗，然后在气体中干燥基质。此后，在布兰林内算法配制的按1∶10稀释的净化溶液中，或在1，1，1三氯乙烷预洗机中对其清洗，上述这种清洗是利用间接的方法在充有布兰林内算法配制的1∶10稀释的净化溶液的布兰森8200超声清洗机（Branson 8200 Ultrasonic Cleaner）中，并在40℃情况下大约清洗15分钟。
如附图所示，溶剂预清洗工序完成之后，再使基质进入研磨清洗/表面击凹坑工序，在基质表面形成适量而充足的凹坑区域，以便和此后所提供的表面精整物料相互结合。在研磨清洗工序中，任何在预清洗工序中没有除去的氧化钠或污物在这道工序中从基质材料中除去。
这种研磨清洗/表面击凹坑工序，可以根据美国专利4，753，094（其公开与此相关联，引此供参考）所公开的预清洗工序，在一个喷丸仓内进行。在此工艺过程中，根据基质材料和在预定的最终所使用的条件来选择特殊的处理参数。例如，传输压力/速度，温度，传输角度，喷丸时间及类似的工艺参数需经选择，并根据是否最终打算将基质处理成增加干膜润滑、抗磨损，快速分离（即无粘附作用）以及最佳温度范围和/或抗腐蚀这些因素而变化。
关于用在这种研磨清洗/表面击凹坑工序中的喷丸材料，已经发现较软的有色金属和合金（例如铝、铜、铅、镁、锌、铍、金、锡、青铜、黄铜等），玻璃丸、尼龙或塑料丸或铝丸可用来喷丸清理基质的表面。较硬的有色金属（如镍）和铁类金属及铁合金，（如铁、钼、铬、钨、钒、钢及不锈钢）则氧化铝丸、碳化硅丸、玻璃丸、砂丸、钢丸及其类似物可用在基质表面清理中，提供喷丸硬化作用。在这方面，业已发现侵袭性小的介质（如玻璃丸）可用在诸如期望快离，或无粘附性的场合，而侵袭性强的介质，为氧化铝或碳化硅最好用在期望最终制品具有如增强的抗磨损或干膜润滑性特点的场合。
关于用于完成研磨清理工序的传送压力，认为压力值高达250磅/英寸2时适于硬的和非常硬的基质，例如铬/钼钢和碳化钨，而传送压力大约低至20磅/英寸2时可适用于其他场合。在此所用“传送压力”一词系指作用于距离该输送装置喷咀两英寸远的一块基质上的喷射压力。
研磨清理工序实施中采用的温度范围看来是可容选择的而并不关系到所完成表面处理的质量。但业已发现，对于这种清理工序，温度范围在以常温至约50℃之间最为合适。
实验室所实施的特殊的研磨清洗/表面击凹坑工艺过程中，用氧化铝（超细级的-布朗内斯Browneills），并利用一台太克尼喷丸型号36的清洗机（Techni Blast Model 36）对基质清洗/击凹坑。上述清洗机以商标“SURFGARD”出售，其规格为100磅压力下每分钟58立米英尺。这种清理机带有3/16英寸的喷枪，其喷咀为陶瓷制作。供选用的还有，采用玻璃丸（布朗内斯-美国筛尺寸270号，＃270，U.S.Sieve Size-Browneills）清理/击凹坑该基质，利用配有内径1/4英寸喷咀一台型号36X36PC的琴科直喷仓（Trinco Direct Pressure Cabinet Model 36X36PC）以进行喷丸处理，该基质的喷丸处理是在压力为60-120磅/英寸2（最好是80-100磅/英寸2），距离在约2英寸和12英寸之间（最好是6-8英寸），倾角为20°-90°（最好是30°-60°）条件下进行。直至形成均匀的凹坑表面并除去所有的表面污物为止。
在图中第3道工序中，基质用干燥的压缩空气清理，除去清理处理/击凹坑处理中留在基质上的任何介质，由此避免任何可能出现的不同介质的交叉污染。
一旦第一、二、三的在前清理工序完成，而后基质就进入了根据本发明所提供的工艺过程了。
根据本发明，金属硫化钠和碳氟化合物的聚合物的粒状混合物的加压流以足够压力、并保持足够的时间直接对基质表面冲击，使粒子混合物和基质互相作用，在基质表面上形成一层非常薄的、不渗透的、表面硬化的，具有抗腐蚀、经久耐用的、干膜润滑剂的精整层。
在实践中，被处理的基质表面最好是金属表面。但是，如前指出的，基质也可以是任何适合的铁类金属或有色金属，或一种金属合金，或一种陶瓷合成物。
为了加快粒子物料对着基底表面的冲击或喷丸硬化过程，已经发现为了将混合物传送到先前已击有凹坑的基质表面，应采用具有适当颗粒尺寸的适当喷丸介质。此外，喷丸硬化介质的另一个目的是为表面精整粒子物料提供了一种载体，并经喷丸硬化过程使基质表面变硬。用于该工艺过程中适合的喷丸硬化介质是根据介质和基质的可溶性以及介质携带表面精整粒子物料的介质亲和力来选择的。
此外，已发现喷丸介质的大小和硬度对于将表面精整的物料有效地转移到经清洗的，击有凹坑的基质表面上产生影响。在这方面，我们已发现用于本发明工艺过程的丸尺寸范围可用按美国汽车工程师学会标准尺寸S70到S780（SAE Sizo No.S70 to S780），（更好为约S70和S230，最好为约S170）。特别是，我们已发现，较软的金属基质（例如其硬度按洛氏硬度在B级，或在C级中额定值为40和低于此值者），采用较大尺寸的喷丸（如用尺寸约S170或以上）较好，这样便可获得最大的表面精整面积。我们还发现，对于较硬的金属（洛氏硬度C级额定值为40和高于此值者），如用SAE No.S170或大于此值的丸，对于获得连续表面区同样也是适合的。但值得注意的是，在一定场合也可使用尺寸较小的丸，以避免凹凸不平。
在此所用的适合的喷丸介质如：钢丸、不锈钢丸、铝丸、塑料丸等，这些喷丸硬化介质具有足够的结构完整性，能承受作用在基质表面上的冲击。
通常，本发明的表面精整用的合成物是一种按照配方配制的固体润滑剂的粒子混合物，按最终使用的成品要求以形成干膜润滑和/或抗腐蚀和/或无粘附性能。用于本发明粒子混合物适合固体润滑剂包括碳氟聚合物和聚合物载体或粘合剂。
适合的碳氟聚合物如：均浆或磨碎的碳氟树脂混合物，这种碳氟树脂以碳为主要成份已完全氟化，例如：四氟乙烯均聚物（TFE），六氟丙烯（HFP），全氟烷氧基乙烯基醚（PPVE），四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，四氟乙烯和全氟烷氧基乙烯基醚的共聚物。另一适合的碳氟聚合物是含氟聚合树脂，这种含氟聚合树脂没有完全氟化，例如乙烯四氟乙烯（ETFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、乙烯-三氟氯乙烯（ECTFE）、乙烯和四氟乙烯的共聚物，这些产品由E.I杜邦狄马斯公司的“太福克尔Tefzel”的商品名称出售。尽管在此所使用以碳氟聚合物的分子量约800-2000时较好，而1000-1800为最佳值，但该分子量仍可在一个较宽的范围内变化。还有值得注意的是，本发明优先使用不同分子量的碳氟聚合物混合物。例如，分子量为1100和1300的四氟乙烯混合物。
总之，根据碳氟聚合物将其独立特性施于基质的能力和碳氟聚合物对基质，所使用的喷丸介质、和/或所选择的固体润滑剂物料的亲和力来选择碳氟聚合物。还有，在此所使用的适合碳氟聚合物是不渗透的，并与水和其他固体、紧外辐射和气体等不起化学作用。由于聚合物的C-F和C-C键非常强，并形成了直链聚合物的无极特性，结果聚合物具有高热稳定性，并能承受高的上层表面温度（即204℃至260℃）。这些树脂具有较低摩擦系数和较低的介电常数及消耗角。并呈现出线性柔性和具有高的抗燃特性。
在此所用的另一种粒子混合物的固体润滑剂成份是金属硫化物，这种金属硫化物在此作为载体或粘合剂分子。对本发明来说，适合的金属硫化物具有抗摩擦/干膜润滑性，能承受所增加的工作温度和/或对金属、如在此用作基质的金属或喷丸介质，有较强的亲和力，并对作为部分表面处理的混合物而选择的碳氟聚合物也具有强的亲和力。
在此所用的适合金属硫化物的典型例子是钼、钨、铅、锡、铜、钙、钛、锌、铬、铁、锑、铋、银、镉以及合金的硫化物，和它们的混合物。
在最佳形式中，使用二硫化钼作为所用的粒子混合物中的金属硫化物。二硫化钼对于钢和其他基本金属的亲和力高，并且有增强表面硬度、抗腐蚀、耐热性及干膜润滑的能力。二硫化钼同样对此处优先使用的碳氟化合物的微细研磨粉的亲和力也高。很明显，本发明利用的二硫化钼对于碳氟化物聚合物提供了干膜润滑剂添加剂，并作为载体/粘合剂分子的两种功能，这样，促进了喷丸处理介质的涂覆。
总之，为了形成所需的表面精整，粒子混合物中掺入的碳氟聚合物的量是根据浸透载体或粘合剂分子：如二硫化钼所需要的这种聚合物的量来确定的。在一个喷丸仓中，通过喷丸作用将表面精整施于基质上所使用的粒子混合物的总量，是根据仓内喷丸操作中使喷丸介质完全涂覆所需物料的量来确定的。
下面举出在实验室实施本发明的一个例子，在一个喷丸仓中利用一台机器直接将粒混合物喷射在基质表面，所用机器是喷丸型号36 SURFGARD的太克尼扩散渗镀机（Techui Blast Model 36SURFGARD Peel Plating Machine），该机参数为压力100磅、每分钟70立方英尺，配有带陶瓷喷咀的3/16英寸的吸喷枪。喷丸室装载500毫升（按体积）的二硫化钼（超细级Lot ＃ 510 DS，Climax Molybdenum Co.）;500毫升（按体积）分子量约为1100的四氟乙烯（特福隆氟化添加剂，型号MP1100，Lot ＃ BMAB40D002，杜邦公司，Teflon Fluoroadditive Type MP1100，Lot ＃ BMAB40D002，Du Pont）;500毫升（按体积）分子量约为1300的四氟乙烯（特福隆氟化添加剂，型号MP1300，Lot ＃ 68-86，杜邦公司，Teflon Fluoroadditive Type Mp1300，Lot ＃ 68-86，Du Pont）和200磅S70钢丸（太克尼喷丸Techni Blast）。喷丸室的温度大约保持在50℃，扩散渗镀机喷咀处的传送压力为80磅/英寸2。在倾角45°距离约为6至8英寸的条件下用含喷丸介质的粒子混合物进行喷丸处理，直至获得均匀密实的处理表面为止。
在完成了图中的工序4，根据本发明所提供的方法将表面精整施于基质之后，已发现所生产的产品有利于清洗和贮存工序（图中的第五工序）的后续处理。在该工序中，按照本发明经过表面精整的基质用干的、压缩空气进行清整处理，除去任何表面处理粒子的残留物。此后，用洗涤溶液清洗基质，如果需要就在油中保存，油和最终所用材料是相容的。
在本发明的最佳实施例中，在1/4英寸厚的铬/钼钢样品，2×2（英寸2）的表面上形成表面精整层。测得铬/钼钢样品的硬度为洛氏硬度53。在这个过程中，钢样品经过适当溶剂预洗之后，再在一个仓中对样品进行研磨清整/表面击凹坑工序，其间，以压力为60磅/英寸2，角度约为45°的常温条件下用氧化铝丸对钢表面冲击。
此外，将样品放入一个喷丸室内，并用一只扩散渗镀机将粒子混合物直接对着该样品的表面进行喷丸处理，该扩散渗镀机是用太克尼喷丸型36 SURFGARD的扩散渗镀机，该机带有陶瓷喷咀的3/16英寸的吸喷枪。粒子混合物的配制方法是将分子量约为1500的四氟乙烯（特福隆氟化添加剂，型号MP1500J.Lot ＃ 999999）取22盎司（按重量）和100磅的SAE S 170钢球在一个容器里混合。然后，将另外14.5盎司（按重量）的四氟乙烯（MP1500J）在同一容器中和钢丸掺和。再在一个单独的容器中取30盎司（按重量）的二硫化钼（超细级Lot ＃ 510 DS.Climax Molybdenum Co.出品）和100磅的SAE No.S170的钢丸相混合。
然后，将两个容器中的物质混合在一起，再将另外24.3盎司（按重量）的四氟乙烯（MP1500J）添加到混合物中。所组合的混合物含60.8盎司（按重量）的四氟乙烯，约30盎司（按重量）的二硫化钼和约200磅的SAE NO.S170的钢丸。这样得到的组合物的混合物中所含四氟乙烯对二硫化钼的重量比约为2∶1。
喷丸室的温度大约保持在50℃，扩散渗镀机喷咀和输送压力为80磅/英寸2。含有紧密地涂敷在丸表面上的粒子混合物的钢丸喷丸介质，在倾角约45°，距离约为4英寸，时间为15秒的条件下，喷在经过清洗的、击有凹坑的样品表面上，在铬/钼钢样品形成了均匀、密实的表面。
喷丸处理后，在享利-克林工位（Hurri-Kleen Station），使样品通过干洗剂（stoddard Solvent）从而对样品再进行后续处理洗整工序。在该清整工序之后，继续在100毫升烧杯里的1，1，1-三氯乙烯中，对形成的产品进行清洗，之后，在鉴定之前对于经过清洗的、表面精整的产品在气体中干燥。
已经发现，所生产的产品具有无磨损，无侵蚀的表面，该表面寿命长、抗腐蚀，并已证明该表面具有干膜润滑和特殊的湿膜获取性。
本文已经描述了基质处理精整的生产方法，以该方式所生成的产品具有其它方式得不到的诸多好处。经表面精整的产品表现出具有持久的干膜润滑性和高的抗热性。还有由于经过表面精整，产品具有化学钝性，所以对于常规的氧化和腐蚀形成了一种自然的阻挡层。此外，在经过处理的基质上的表面层体现有不平常的耐用性，并且这种表面非常薄，测量其厚度仅有0.5微米，与现有技术中的涂覆技术不同，按照密耳制（mils）测量涂层，例如当镍浸入温度为90.5℃的喷镀溶液45分钟时，用工业标准测量无电解的镍涂层，其厚为3/8密耳。进一步说，本发明的表面精整较易实施，即使是在较低温度的条件之下，而形成所要求的表面改性价格低廉。
根据本发明所生产的产品，在各工业领域，在有金属摩擦点并含有金属的，或受金属表面腐蚀的产品中具有广泛的用途。本发明可以用在下述所列举的例子中：如汽车工业，燃料控制系统，重型机床和动力设备，紧固零件，滚珠轴承，辊子和其它抗摩擦元件，消费产品以及其它潜在用途，上述消费产品包括厨房器皿，家庭制品，剃刀等，还有透平，齿轮及其它啮合机械。
虽然对本发明的最佳形式在一定程度上进行了详细描述，但是，应该理解本发明所公开的上述内容仅作为例子。很明显，在所公开的方法细节和使用的工序上及发明使用的材料方面所做的多种改变，都不超出本发明的精整和权利要求的限定范围。