CN101126417A - 自润滑滑动轴承材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自润滑滑动轴承材料及其制备方法，自润滑滑动轴承材料包括以有机树脂为基体的复合材料组成的自润滑滑动层和金属底材，滑动层和金属底材直接粘接在一起。制备时，将自润滑滑动层的复合材料按比例配制，通过机械混合后，平铺于表面处理过的金属板上，通过烧结炉进行烧结，烧结后迅速进行轧制，使表面层粘结在金属底材上。用本发明材料制成的滑动轴承具有较高的承载能力和低摩擦、耐磨损的特性，金属底材与自润滑滑动层相互间结合的稳固性好，适用干摩擦及边界或流体摩擦条件。

Description

自润滑滑动轴承材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及到一种轴承材料及其制备方法，具体地说是一种自润滑滑动轴承材料及其制备方法。
背景技术
英国Glacier Metal Co.Ltd.于上世纪六十年代发明了自润滑三层复合轴承，俗称“DU”轴承，是以钢或类似的金属衬底上烧结多孔的锡青铜粉末，将以聚四氟乙烯为主要基体的复合材料混合均匀后铺覆在其表面，轧制后在含有保护气氛的烧结炉中进行烧结，这类传统的自润滑轴承，已经广泛地应用于各类机械传动部件中。可是，此类材料由于其结构的特殊性，表面聚合物自润滑层较薄(0.02～0.04mm)，随着磨损深度的下降，润滑剂与铜粉的比例不同，导致材料的摩擦系数的变化。诸如给水泵或潜水泵中使用的推力轴承，由于受到较高的推进力，当表面聚合物润滑层被磨损后，由于轴承在水中无法形成有效的润滑转移膜，所以会导致轴承迅速失效，产生咬合现象。
Norton Pampus GmbH公司提出了一种免维护滑动轴承材料(专利号为USP5573846，专利名称为“Polyfluorocarbon Coated Metal Bearing”)，此材料由三层结构组成，衬底为金属，表面润滑改性层为聚合物基体材料，添加润滑剂或增强填料组成的混合物，中间层是以乙烯-四氟乙烯共聚物为主要成分的高分子材料作为粘结剂，但是对于不同的金属底材，粘结强度是不同的，另外轴承在长期使用过程中，摩擦热的聚集会导致中间层的粘结强度大幅下降，并且轴承受到的切向摩擦力较大时，会出现粘结层剥落现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提出一种高承载、低摩擦、耐磨损、稳固性好的自润滑滑动轴承材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明自润滑滑动轴承材料包括以有机树脂为基体的复合材料组成的自润滑滑动层和金属底材，所述滑动层和金属底材直接粘接在一起。
上述自润滑滑动轴承材料，所述金属底材采用低碳钢、不锈钢、铜合金、铝合金等板材中的一种，厚度为0.5～2.5mm。
上述自润滑滑动轴承材料，所述自润滑滑动层以聚四氟乙烯(PTFE)或聚全氟乙丙烯(FEP)为主要树脂基体，重量含量为10～80％。
上述自润滑滑动轴承材料，所述自润滑滑动层的复合材料中，含有可以与金属底材具有良好粘结能力的热塑性聚合物，诸如聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)中的一种，与PTFE或FEP共同组成了滑动层的主要树脂基体，含量为10～50％。
上述自润滑滑动轴承材料，所述自润滑滑动层还包含纤维增强剂，可以采用玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维中的一种，重量含量为0.1～15％；
上述自润滑滑动轴承材料，所述自润滑滑动层还包含固体润滑剂，采用二硫化钼或石墨，重量含量为0.1～20％；
上述自润滑滑动轴承材料，所述固体润滑剂的平均粒径≤0.045mm，最佳粒径≤0.030mm，以获得更加均匀的分散性。
上述自润滑滑动轴承材料，所述自润滑滑动层还包含纳米无机填料，可以采用纳米碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)或二氧化硅(SiO2)中的一种，重量含量为0.1～10％，平均粒径≤80nm，以获得良好的耐磨性和机械强度。
上述自润滑滑动轴承材料，所述自润滑滑动层还包含具有良好导热性的金属粉末，可以是铜粉或铜合金粉末，重量含量为0.1～10％，以保证表面材料具有良好的导热性，有利于摩擦热的释放。
上述自润滑滑动轴承材料，所述金属粉末的平均粒径≤0.045mm，最佳粒径≤0.030mm，以获得更加均匀的分散性。
上述自润滑滑动轴承材料，所述金属底材经过表面处理，诸如：溶剂、乳化液或酸碱液的清洗、化学氧化处理、磷化处理以及阳极氧化处理等，以解决金属底材与表面聚合物改性层的粘结问题。
自润滑滑动轴承材料的制备方法，它包括下列步骤：将自润滑滑动层的复合材料按比例配制，通过机械混合后，平铺于表面处理过的金属板上，通过烧结炉进行烧结，烧结后迅速进行轧制，使表面层粘结在金属底材上，所形成的滑动轴承板材的厚度为0.5～2.5mm，其中表面滑动层的厚度为0.2～1mm。
利用本发明自润滑滑动轴承材料，通过切断、卷圆、整形、翻边等系列工艺，制成相应的自润滑滑动轴承，使其具有较高的承载能力和低摩擦、耐磨损的特性，金属底材与自润滑滑动层相互间结合的稳固性好，适用干摩擦及边界或流体摩擦条件。具体性能如下：
  测试项目   性能指标
  最大压缩强度   ＞100MPa
最大PV值   60Mpa·m/s(油润滑)45Mpa·m/s(水润滑)
  材料的摩擦磨损性能(MMD端面摩擦磨损试验机：负荷8Mpa，线速度为0.20m/s，干摩擦，大气环境)   摩擦系数：≤0.15线性磨损量：≤0.05mm
附图说明：
图1为本发明轴承材料的剖面结构示意图。
具体实施方式：
各实施例中表面聚合物润滑材料的实施配方表
Figure A20071007128100051
实施例1：按实施配方表1进行称量，并在机械搅拌器内混合均匀；将厚度为0.80mm的低碳钢板2表面喷砂处理后，进行磷化处理。将均匀的混合物铺敷于处理后的低碳钢板2上，形成自润滑滑动层1(如图1所示)，然后在网带式干燥炉中进行干燥，干燥后进行粗轧制，然后在烧结炉上进行烧结固化，然后迅速轧制成所需的轴承材料，厚度为1.0mm。
实施例2：按实施配方表2进行称量，并在机械搅拌器内混合均匀；将厚度为1.2mm的不锈钢板2表面喷砂处理后，进行酸洗。将均匀的混合物铺敷于处理后的不锈钢板2上，形成自润滑滑动层1(如图1所示)，然后在网带式干燥炉中进行干燥，干燥后进行粗轧制，然后在烧结炉上进行烧结固化，然后迅速轧制成所需的轴承材料，厚度为1.5mm。
实施例3：按实施配方表3进行称量，并在机械搅拌器内混合均匀；将厚度为1.6mm的铜合金板2表面喷砂处理后，进行酸洗。将均匀的混合物铺敷于处理后的铜合金板2上，形成自润滑滑动层1(如图1所示)，然后在网带式干燥炉中进行干燥，干燥后进行粗轧制，然后在烧结炉上进行烧结固化，然后迅速轧制成所需的轴承材料，厚度为2.0mm。
实施例4：按实施配方表4进行称量，并在机械搅拌器内混合均匀；将厚度为2.0mm的铝合金板2表面喷砂处理后，进行阳极氧化处理。将均匀的混合物铺敷于处理后的铝合金板2上，形成自润滑滑动层1(如图1所示)，然后在网带式干燥炉中进行干燥，干燥后进行粗轧制，然后在烧结炉上进行烧结固化，然后迅速轧制成所需的轴承材料，厚度为2.5mm。
实施例5：按实施配方表5进行称量，并在机械搅拌器内混合均匀；将厚度为0.5mm的铝合金板2表面喷砂处理后，进行阳极氧化处理。将均匀的混合物铺敷于处理后的铝合金板2上，形成自润滑滑动层1(如图1所示)，然后在网带式干燥炉中进行干燥，干燥后进行粗轧制，然后在烧结炉上进行烧结固化，然后迅速轧制成所需的轴承材料，厚度为1.0mm。
实施例6：按实施配方表5进行称量，并在机械搅拌器内混合均匀；将厚度为1.0mm的低碳钢板2表面喷砂处理后，进行磷化处理。将均匀的混合物铺敷于处理后的低碳钢板2上，形成自润滑滑动层1(如图1所示)，然后在网带式干燥炉中进行干燥，干燥后进行粗轧制，然后在烧结炉上进行烧结固化，然后迅速轧制成所需的轴承材料，厚度为1.5mm。
实施例7：按实施配方表5进行称量，并在机械搅拌器内混合均匀；将厚度为1.5mm的不锈钢板2表面喷砂处理后，进行磷化处理。将均匀的混合物铺敷于处理后的不锈钢板2上，形成自润滑滑动层1(如图1所示)，然后在网带式干燥炉中进行干燥，干燥后进行粗轧制，然后在烧结炉上进行烧结固化，然后迅速轧制成所需的轴承材料，厚度为2.5mm。

Claims (12)

1.自润滑滑动轴承材料，其特征在于，它包括以有机树脂为基体的复合材料组成的自润滑滑动层和金属底材，所述滑动层和金属底材直接粘接在一起。
2.如权利要求1所述的自润滑滑动轴承材料，其特征在于，所述金属底材采用低碳钢、不锈钢、铜合金、铝合金等板材中的一种，厚度为0.5～2.5mm。
3.如权利要求1或2所述的自润滑滑动轴承材料，其特征在于，所述自润滑滑动层以聚四氟乙烯或聚全氟乙丙烯为主要树脂基体，重量含量为10～80％。
4.如权利要求1或2所述的自润滑滑动轴承材料，其特征在于，所述自润滑滑动层的复合材料中，含有聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚醚酮、聚酰亚胺、超高分子量聚乙烯中的一种，重量含量为10～50％。
5.如权利要求1或2所述的自润滑滑动轴承材料，其特征在于，所述自润滑滑动层还包含纤维增强剂，采用玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维中的一种，重量含量为0.1～15％。
6.如权利要求1或2所述的自润滑滑动轴承材料，其特征在于，所述自润滑滑动层还包含固体润滑剂，采用二硫化钼或石墨，重量含量为0.1～20％。
7.如权利要求6所述的自润滑滑动轴承材料，其特征在于，所述固体润滑剂的平均粒径≤0.045mm，最佳粒径≤0.030mm。
8.如权利要求1或2所述的自润滑滑动轴承材料，其特征在于，所述自润滑滑动层还包含纳米无机填料，采用纳米碳化硅、氮化硅或二氧化硅中的一种，重量含量为0.1～10％，平均粒径≤80nm。
9.如权利要求1或2所述的自润滑滑动轴承材料，其特征在于，所述自润滑滑动层还包含具有良好导热性的金属粉末，可以是铜粉或铜合金粉末，重量含量为0.1～10％。
10.如权利要求9所述的自润滑滑动轴承材料，其特征在于，所述金属粉末的平均粒径≤0.045mm，最佳粒径≤0.030mm。
11.如权利要求1或2所述的自润滑滑动轴承材料，其特征在于，所述金属底材经过表面处理。
12.自润滑滑动轴承材料的制备方法，其特征在于，它包括下列步骤：将自润滑滑动层的复合材料按比例配制，通过机械混合后，平铺于表面处理过的金属板上，通过烧结炉进行烧结，烧结后迅速进行轧制，使表面层粘结在金属底材上，所形成的滑动轴承板材的厚度为0.5～2.5mm，其中表面滑动层的厚度为0.2～1mm。
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