一種耐溫金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種軸承，具體來說是一種耐溫金屬基鑲嵌固 體自潤滑軸承及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承由于無需在使用過程中加入潤滑劑，而是依靠金屬基 上鑲嵌的固體潤滑材料轉(zhuǎn)移到摩擦副之間，形成潤滑膜，實(shí)現(xiàn)自潤滑。因而可W適應(yīng)工作環(huán) 境苛刻、灰塵大、注潤滑油和冷卻困難的工作環(huán)境，其工作壽命比普通滑動軸承長，因此產(chǎn) 品已廣泛應(yīng)用在冶金連鑄機(jī)、軸剛設(shè)備、礦山機(jī)械、船舶、汽輪機(jī)、水輪機(jī)、注塑機(jī)及設(shè)備生 產(chǎn)流水線中。目前，我國研制使用的金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承，其基體材料主要使用銅及 銅合金，其主要特點(diǎn)是摩擦系數(shù)比較低，但其承載能力不大；其鑲嵌的固體潤滑材料主要使 石墨和二硫化鋼，其粘結(jié)劑大多為環(huán)氧樹脂，由此粘結(jié)而成的固體潤滑材料無法承受高溫 下工作。即目前使用的金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承基本在承載的載荷大多在50MPa，工作溫 度一般在200°CW下工作。因此，不適應(yīng)在冶金等行業(yè)的高溫和高載荷惡劣環(huán)境下工作。
[0003] 而冶金等行業(yè)所需的金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承基本要求是；金屬基鑲嵌自潤滑 固體軸承使用的表面載荷達(dá)到90MPa;軸承使用的工作溫度能夠達(dá)到300°C。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種耐溫金屬基鑲嵌固體自潤滑 軸承及其制備方法，所述的該種耐溫金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承及其制備方法解決現(xiàn)有技 術(shù)中的金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承不適應(yīng)在高溫和高載荷惡劣環(huán)境下工作的技術(shù)問題。
[0005] 本發(fā)明一種耐溫金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承，W侶黃銅為軸承金屬基體材料，在 所述的基體材料的外周還鑲嵌有固體潤滑材料，所述的固體潤滑材料由聚四氣己締、鱗片 石墨粉和銅粉組成，在所述的固體潤滑材料中，聚四氣己締的質(zhì)量百分比為35%-90%，鱗片 石墨粉的質(zhì)量百分比為5%-40%，和銅粉的質(zhì)量百分比為5%-60%。
[0006] 進(jìn)一步的，所述的聚四氣己締的顆粒直徑為20-60ym。
[0007] 進(jìn)一步的，所述的鱗片石墨粉的顆粒度為400~600目。
[0008] 進(jìn)一步的，所述的銅粉的顆粒度為在300~500目，顆粒形狀為球形。
[0009] 進(jìn)一步的，所述的侶黃銅選自Z化化aeAleFegMns，在所述的侶黃銅中，化元素、化元 素、A1元素、Fe元素和Mn元素的質(zhì)量比為62~64:24~26;2~4:5~7:2~4。
[0010] 本發(fā)明還提供了上述一種耐溫金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承的制備方法，包括如下 步驟： 1) 一個粗加工的步驟，按所需的軸承規(guī)格，選用誘鑄件或鍛壓件，粗機(jī)加工到軸承要求 的粗加工尺寸范圍； 2) -個鉆孔的步驟，在粗加工的軸承基體上，按照需要鑲嵌的固體潤滑圓柱尺寸，鉆通 孔或盲孔，孔的面接之和占軸承內(nèi)壁面積的15-25%; 3) -個熱處理的步驟，根據(jù)使用要求，進(jìn)行調(diào)質(zhì)或澤火處理，使軸承基體達(dá)到要求的硬 度； 4) 一個鑲嵌固體潤滑圓柱的步驟，將固體潤滑圓柱鑲嵌入軸承內(nèi)外壁之間的通孔或盲 孔內(nèi)，固體潤滑圓柱的摩擦面積占軸承摩擦面積的15-25%; 5) -個精加工的步驟，磨削加工到軸承成品尺寸和表面粗趟度的要求。
[0011] 進(jìn)一步的，所述的鑲嵌固體潤滑圓柱采用的材料通過如下的步驟制備： 1) 一個固體潤滑材料混合后預(yù)成型的步驟，在室溫下，將聚四氣己締樹脂粉料與鱗片 石墨粉、銅粉烘干，然后按照重量比混合，混合均勻后加人模腔中，在壓機(jī)上預(yù)壓成密實(shí)的 圓椿形狀的制品，保壓時間為1~lOmin; 2) -個燒結(jié)的步驟，從壓模中取出壓件，放入燒結(jié)爐中于360~38(TC下進(jìn)行加熱燒結(jié)， 在燒結(jié)的過程中，先加熱升溫，升溫速度為25~35 °C/h，至300~350 °C保溫1~化，再升溫 至360~380 °C保溫2~化，使聚四氣己締由結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)，由分散的樹脂顆粒通過擴(kuò) 散烙融而黏結(jié)成密集、連續(xù)的整體； 3) -個冷卻的步驟，在冷卻的過程中，W18~25°C/h的冷卻速度隨爐冷卻至室溫，通 過降溫冷卻使非晶態(tài)聚四氣己締又變成結(jié)晶型，從而形成W聚四氣己締為基的固體潤滑材 料。
[0012] 進(jìn)一步的，在一個固體潤滑材料混合后預(yù)成型的步驟中，成型壓力取決于聚四 氣己締中填充的鱗片石墨粉和銅粉的含量比例，其中：鱗片石墨粉和銅粉的含量比例為 10%~20 %的成型壓力為40MPa;含量比例為20 %~40 %的成型壓力為60MPa;含量比例 大于40 %的成型壓力為80MPa。
[0013]本發(fā)明和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進(jìn)步是顯著的。本發(fā)明是一種銅基、鑲嵌W聚四氣 己締（PTF巧為基，添加一定顆粒度和含量的鱗片石墨（C)粉和純銅（化)粉固體潤滑材料的 金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承，其軸承表面載荷達(dá)到90MPaW上；工作溫度能夠達(dá)到300°C; 正常工作時摩擦系數(shù)為0. 20W下；pv值達(dá)到5. 0 (MPa?m/s)W上，并能有效吸附在金屬 基上而實(shí)現(xiàn)自潤滑。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 實(shí)施例1、鑲嵌軸承的固體潤滑材料 W聚四氣己締（PT陽）為基，添加（5- 40 ) %石墨粉+(5- 60 ) %純銅粉的固體復(fù)合潤 滑材料，如表1所示。
[0015] 表1聚四氣己締（PTFE)為基的固體潤滑材料摩擦系數(shù)y和PV值與溫度關(guān)系
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種耐溫金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承，以鋁黃銅為軸承金屬基體材料，其特征在于： 在所述的基體材料的外周還鑲嵌有固體潤滑材料，所述的固體潤滑材料由聚四氟乙烯、鱗 片石墨粉和銅粉組成，在所述的固體潤滑材料中，聚四氟乙烯的質(zhì)量百分比為35%-90%，鱗 片石墨粉的質(zhì)量百分比為5%-40%，和銅粉的質(zhì)量百分比為5%-60%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐溫金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承，其特征在于：所述的 聚四氟乙稀的顆粒直徑為20-60ym〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐溫金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承，其特征在于：所述的 鱗片石墨粉的顆粒度為400~600目。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐溫金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承，其特征在于：所述的 銅粉的顆粒度為在300~500目，顆粒形狀為球形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐溫金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承，其特征在于：所述的 錯黃銅選自ZCuZn25A16Fe3Mn3,在所述的錯黃銅中，Cu元素、Zn元素、Al元素、Fe元素和 Mn元素的質(zhì)量比為 62~64 :24~26 :2~4 :5~7 :2~4。
6. 權(quán)利要求1所述的一種耐溫金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承的制備方法，其特征在于： 包括如下步驟： 一個粗加工的步驟，按所需的軸承規(guī)格，選用澆鑄件或鍛壓件，粗機(jī)加工到軸承要求的 粗加工尺寸范圍； 一個鉆孔的步驟，在粗加工的軸承基體上，按照需要鑲嵌的固體潤滑圓柱尺寸，鉆通孔 或盲孔，孔的面接之和占軸承內(nèi)壁面積的15 - 25% ; 一個熱處理的步驟，根據(jù)使用要求，進(jìn)行調(diào)質(zhì)或淬火處理，使軸承基體達(dá)到要求的硬 度； 一個鑲嵌固體潤滑圓柱的步驟，將固體潤滑圓柱鑲嵌入軸承內(nèi)外壁之間的通孔或盲孔 內(nèi)，固體潤滑圓柱的摩擦面積占軸承摩擦面積的15 - 25% ; 一個精加工的步驟，磨削加工到軸承成品尺寸和表面粗糙度的要求。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種耐溫金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承的制備方法，其特征在 于所述的鑲嵌固體潤滑圓柱采用的材料通過如下的步驟制備： 一個固體潤滑材料混合后預(yù)成型的步驟，在室溫下，將聚四氟乙烯樹脂粉料與鱗片石 墨粉、銅粉烘干，然后按照重量比混合，混合均勻后加人模腔中，在壓機(jī)上預(yù)壓成密實(shí)的圓 棒形狀的制品，保壓時間為1~IOmin; 一個燒結(jié)的步驟，從壓模中取出壓件，放入燒結(jié)爐中于360~380 °C下進(jìn)行加熱燒結(jié)，在 燒結(jié)的過程中，先加熱升溫，升溫速度為25~35 °C/h，至300~350 °C保溫l~3h，再升溫至 360~380 °C保溫2~4h，使聚四氟乙烯由結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)，由分散的樹脂顆粒通過擴(kuò)散 熔融而黏結(jié)成密集、連續(xù)的整體； 一個冷卻的步驟，在冷卻的過程中，以18~25 °C/h的冷卻速度隨爐冷卻至室溫，通 過降溫冷卻使非晶態(tài)聚四氟乙烯又變成結(jié)晶型，從而形成以聚四氟乙烯為基的固體潤滑材 料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種耐溫金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承的制備方法，其特征在 于：在一個固體潤滑材料混合后預(yù)成型的步驟中，成型壓力取決于聚四氟乙烯中填充的鱗 片石墨粉和銅粉的含量比例，其中：鱗片石墨粉和銅粉的含量比例為10%~20 %的成型壓 力為40MPa;含量比例為20 %~40 %的成型壓力為60MPa;含量比例大于40 %的成型壓力 為 80MPa。
【專利摘要】本發(fā)明一種耐溫金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承，以鋁黃銅為軸承金屬基體材料，在所述的基體材料的外周還鑲嵌有固體潤滑材料，所述的固體潤滑材料由聚四氟乙烯、鱗片石墨粉和銅粉組成，在所述的固體潤滑材料中，聚四氟乙烯的質(zhì)量百分比為35%-90%，鱗片石墨粉的質(zhì)量百分比為5%-40%，和銅粉的質(zhì)量百分比為5%-60%。本發(fā)明還提供了上述一種耐溫金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承的制備方法。本發(fā)明是的金屬基鑲嵌固體自潤滑軸承，其軸承表面載荷達(dá)到90MPa以上；工作溫度能夠達(dá)到300℃；正常工作時摩擦系數(shù)為0.20以下；pv值達(dá)到5.0( MPa·m/s )以上，并能有效吸附在金屬基上而實(shí)現(xiàn)自潤滑。
【IPC分類】F16C33-16, F16C33-14, F16C33-10, F16C33-20
【公開號】CN104763749
【申請?zhí)枴緾N201510146374
【發(fā)明人】魏立群, 盧冬華, 戴志方, 肖壯, 徐軍
【申請人】上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月31日