CN102364139B

CN102364139B - 一种高温自补偿润滑轴承及其制备方法

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Publication number: CN102364139B
Application number: CN 201110357811
Authority: CN
Inventors: 王砚军; 杨丽颖; 王守仁; 杨学峰
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2031-11-11
Also published as: CN102364139A

Abstract

本发明涉及一种高温自补偿润滑轴承及其制备方法，首先将高速钢粉末、陶瓷粉末、石墨粉、磷-铜粉和造孔剂按一定质量百分比混合制成微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚，再将轴承毛胚在真空和一定熔渗温度下置入熔融状态的复合固体润滑剂中，使熔融状态的固体润滑剂浸满轴承毛胚上的微孔，然后经冷却和机械加工得到合格的高温自补偿润滑轴承；上述过程中制成微孔贯通型的空心圆柱轴承毛胚的配方组分以质量百分比计为：高速钢粉末67.5％～75.7％；陶瓷粉末13.8％～16.8％；石墨粉0.5％～0.7％；磷-铜粉5.0％～7.0％；造孔剂5.0％～8.0％。本发明轴承实现了高强度、高韧性和良好高温自润滑性能的统一。

Description

一种高温自补偿润滑轴承及其制备方法

技术领域：

本发明涉及高温自润滑复合材料技术领域，尤其是一种高温自补偿润滑轴承及其制备方法。该轴承适用于高温环境条件下，需要长期连续作业，且难以实现加油维护的工况环境。

背景技术：

高温自补偿润滑轴承的研究目的是为了解决在极端工况条件下机械的转动支承问题，这也是目前国内外热机和机械实现全寿命免维护设计与制造中面临的共有关键技术。目前常用的高温自润滑轴承主要是粉末冶金型和镶嵌型两大类。

粉末冶金型高温自润滑轴承主要是指在冶金粉末中添加固体润滑剂组元进行混元烧结而形成的含有固体润滑相的一类复合材料轴承。将固体润滑剂作为组元加入到金属或陶瓷基体中进行混元烧结，其摩擦学特性取决于摩擦过程中基体所含固体润滑剂的析出和弥散分布。而固体润滑剂在高温烧结过程中因氧化和烧损会丧失其部分润滑特性；同时，固体润滑剂的分布不均匀性及其对基体连续性的破坏会显著降低复合材料的强度、韧性和耐磨性。

镶嵌型(又名背衬型)是在金属或其他硬质材料基体(轴瓦)上预先设计、加工好一定面积比例的孔洞或沟槽，在其中嵌入某种成分的固体润滑材料，经过特殊粘结及时效处理，将二者结合成为一个整体，以其作为轴承、轴瓦或衬板。镶嵌轴承在低速重载下具有其它轴承不可比拟的特点，故已广泛应用在工程机械、建筑机械及桥梁、水利、化工、冶金等领域。但由于这类轴承的基材上需要加工好一定面积比例的孔洞或沟槽，其性能和寿命涉及到轴承基材、固体润滑剂配方、工艺合理设计和轴承结构等，且在工作过程中磨屑的排出较为困难，散热条件差，因而，其在高速、重载条件下的应用受到限制。

发明内容：

本发明提供了一种高温自补偿润滑轴承及其制备方法，消除了目前所采用的制备技术上的缺点，具有良好的高温自补偿润滑性能，实现了高温自润滑轴承高强度、高韧性和良好高温自润滑性能的统一，解决了现有技术中存在的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种高温自补偿润滑轴承，首先将高速钢粉末、陶瓷粉末、石墨粉、磷-铜粉和造孔剂按一定质量百分比混合制成微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚，再将轴承毛胚在真空和一定熔渗温度下置入熔融状态的复合固体润滑剂中，使熔融状态的固体润滑剂浸满轴承毛胚上的微孔，然后经冷却和机械加工得到合格的高温自补偿润滑轴承；上述过程中制成微孔贯通型的空心圆柱轴承毛胚的配方组分以质量百分比计为：高速钢粉末67.5％～75.7％；陶瓷粉末13.8％～16.8％；石墨粉0.5％～0.7％；磷-铜粉5.0％～7.0％；造孔剂5.0％～8.0％。

所述复合固体润滑剂为由铅和锡组成的混合物再添加银、铜、锑和纳米氧化钇中的一种、两种或两种以上原料组成的混合剂。

所述复合固体润滑剂中的配方组分以质量百分比计为：由铅和锡组成的混合物80％；由银、铜、锑和纳米氧化钇中的一种、两种或两种以上原料组成的混合物20％。

所述造孔剂为氢化钛、碳酸钙、硬脂酸和纳米氧化铝中的一种、两种或两种以上原料组成的混合剂。

所述微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚的开口孔隙度为15％～20％。

上述高温自补偿润滑轴承的制备方法，包括下述步骤：

(1)、将制备微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚所需的原料按质量百分比高速钢粉末67.5％～75.7％、陶瓷粉末13.8％～16.8％、石墨粉0.5％～0.7％、磷-铜粉5.0％～7.0％、造孔剂5.0％～8.0％称取，装入球磨机中混合4小时，得到混合均匀的制作轴承毛胚的原料；

(2)、然后将混合均匀的制作轴承毛胚的原料送到液压式压力试验机上，在600MPa压力下冷压成型为空心圆柱形的轴承毛胚；

(3)、将成形后的轴承毛胚送入真空烧结炉中，在1.0×10^-1～1.0×10^-2Pa的真空度下对轴承毛胚进行真空部分液相烧结，烧结温度为1200～1300℃，保温时间50～60分钟，使轴承毛胚上的造孔剂完全分解消失，得到微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚；

(4)、将微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚放入高温真空压力浸渗机的耐压容器内密封，抽真空后升温至熔渗温度600～800℃，保温30分钟；然后注入熔融状态的复合固体润滑剂，并通过间歇通入/释放惰性气体，使高温真空压力浸渗机的耐压容器内的压力在2～8MPa范围内波动，持续30～60分钟，使复合固体润滑剂浸满轴承毛胚上的微孔，得到轴承样体；然后将轴承样体自然冷却；

(5)、将冷却后的轴承样体送到车床和磨床上，按规定的设计尺寸进行车削和磨削，即得到合格的高温自补偿润滑轴承。

本发明采用通过粉末冶金法制成的开口孔隙度介于15％～20％的微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚和复合固体润滑剂进行熔渗，实现熔融复合固体润滑剂的和微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚的熔渗复合，制备出本发明高温自补偿润滑轴承，该轴承既具有高的强度和高的耐磨性，又具有良好的高温自润滑性能，其润滑机理是在高温摩擦热应力作用下，将轴承复合体中的润滑剂沿着贯通型微孔通道扩散至摩擦界面，形成自润滑膜以实现自补偿润滑。

具体实施方式：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本发明进行详细阐述。

实施例1：一种高温自补偿润滑轴承，其具体的制备方法包括下述步骤：

(1)、将制备微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚所需的原料按质量百分比高速钢粉末67.5％、陶瓷粉末16.8％、石墨粉0.7％、磷-铜粉7.0％、造孔剂8％称取，装入球磨机中混合4小时，得到混合均匀的制作轴承毛胚的原料；

(3)、将成形后的轴承毛胚送入真空烧结炉中，在1.0×10^-1～1.0×10^-2Pa的真空度下对轴承毛胚进行真空部分液相烧结，烧结温度为1200～1300℃，保温时间50～60分钟，使轴承毛胚上的造孔剂完全分解消失，得到开口孔隙度为15％～20％的微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚；

上述复合固体润滑剂中的配方组分以质量百分比计为：由铅和锡组成的混合物80％、银20％。上述铅和锡组成的混合物中以质量百分比计：含铅60％、锡40％。

上述8％的造孔剂由4.0％氢化钛、2％碳酸钙、1％硬脂酸和1％纳米氧化铝组成。

实施例2：一种高温自补偿润滑轴承，其具体的制备方法包括下述步骤：

(1)、将制备微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚所需的原料按质量百分比高速钢粉末70.0％、陶瓷粉末15.0％、石墨粉0.7％、磷-铜粉6.5％、造孔剂7.8％称取，装入球磨机中混合4小时，得到混合均匀的制作轴承毛胚的原料；

上述复合固体润滑剂中的配方组分以质量百分比计为：由铅和锡组成的混合物80％、银15％、铜5％。上述铅和锡组成的混合物中以质量百分比计：含铅60％、锡40％。

上述7.8％的造孔剂由4.0％氢化钛、2％碳酸钙、0.8％硬脂酸和1％纳米氧化铝组成。

实施例3：一种高温自补偿润滑轴承，其具体的制备方法包括下述步骤：

(1)、将制备微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚所需的原料按质量百分比高速钢粉末72.5％、陶瓷粉末14.5％、石墨粉0.7％、磷-铜粉5.0％、造孔剂7.3％称取，装入球磨机中混合4小时，得到混合均匀的制作轴承毛胚的原料；

上述复合固体润滑剂中的配方组分以质量百分比计为：由铅和锡组成的混合物80％、银14％、铜3％、锑2％和纳米氧化钇1％。上述铅和锡组成的混合物中以质量百分比计：含铅60％、锡40％。

上述7.3％的造孔剂由4.0％氢化钛、2.5％碳酸钙、0.8％硬脂酸组成。

实施例4：一种高温自补偿润滑轴承，其具体的制备方法包括下述步骤：

(1)、将制备微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚所需的原料按质量百分比高速钢粉末72.5％、陶瓷粉末14.5％、石墨粉0.7％、磷-铜粉7.0％、造孔剂5.3％称取，装入球磨机中混合4小时，得到混合均匀的制作轴承毛胚的原料；

上述复合固体润滑剂中的配方组分以质量百分比计为：由铅和锡组成的混合物80％、银15％、铜3％、锑2％。上述铅和锡组成的混合物中以质量百分比计：含铅60％、锡40％。

上述5.3％的造孔剂由3.0％氢化钛、2％碳酸钙、0.3％硬脂酸组成。

实施例5：一种高温自补偿润滑轴承，其具体的制备方法包括下述步骤：

(1)、将制备微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚所需的原料按质量百分比高速钢粉末75.7％、陶瓷粉末13.8％、石墨粉0.5％、磷-铜粉5.0％、造孔剂5.0％称取，装入球磨机中混合4小时，得到混合均匀的制作轴承毛胚的原料；

上述复合固体润滑剂中的配方组分以质量百分比计为：由铅和锡组成的混合物80％、银15％、铜3％、锑1.5％和纳米氧化钇0.5％。上述铅和锡组成的混合物中以质量百分比计：含铅60％、锡40％。

上述5.0％的造孔剂为氢化钛。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims

1.一种高温自补偿润滑轴承，其特征在于：首先将高速钢粉末、陶瓷粉末、石墨粉、磷-铜粉和造孔剂按一定质量百分比混合制成微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚，再将轴承毛胚在真空和一定熔渗温度下置入熔融状态的复合固体润滑剂中，使熔融状态的复合固体润滑剂浸满轴承毛胚上的微孔，然后经冷却和机械加工得到合格的高温自补偿润滑轴承；上述过程中制成微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚的配方组分以质量百分比计为：高速钢粉末67.5%～75.7%；陶瓷粉末13.8%～16.8%；石墨粉0.5%～0.7%；磷-铜粉5.0%～7.0%；造孔剂5.0%～8.0%。

2.根据权利要求1所述的一种高温自补偿润滑轴承，其特征在于：所述复合固体润滑剂为由铅和锡组成的混合物再添加银、铜、锑和纳米氧化钇中的一种、两种或两种以上原料组成的混合剂。

3.根据权利要求2所述的一种高温自补偿润滑轴承，其特征在于：所述复合固体润滑剂中的配方组分以质量百分比计为：由铅和锡组成的混合物80%；由银、铜、锑和纳米氧化钇中的一种、两种或两种以上原料组成的混合物20%。

4.根据权利要求1或2所述的一种高温自补偿润滑轴承，其特征在于：所述造孔剂为氢化钛、碳酸钙、硬脂酸和纳米氧化铝中的一种、两种或两种以上原料组成的混合剂。

5.根据权利要求1或2所述的一种高温自补偿润滑轴承，其特征在于：所述微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚的开口孔隙度为15%～20%。

6.一种如权利要求1所述的高温自补偿润滑轴承的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：

（1）、将制备微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚所需的原料按质量百分比高速钢粉末67.5%～75.7%、陶瓷粉末13.8%～16.8%、石墨粉0.5%～0.7%、磷-铜粉5.0%～7.0%、造孔剂5.0%～8.0%称取，装入球磨机中混合4小时，得到混合均匀的制作轴承毛胚的原料；

（2）、然后将混合均匀的制作轴承毛胚的原料送到液压式压力试验机上，在600MPa压力下冷压成型为空心圆柱形的轴承毛胚；

（3）、将成形后的轴承毛胚送入真空烧结炉中，在1.0×10^-1～1.0×10^-2Pa的真空度下对轴承毛胚进行真空部分液相烧结，烧结温度为1200～1300℃，保温时间50～60分钟，使轴承毛胚上的造孔剂完全分解消失，得到微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚；

（4）、将微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚放入高温真空压力浸渗机的耐压容器内密封，抽真空后升温至熔渗温度600～800℃，保温30分钟；然后注入熔融状态的复合固体润滑剂，并通过间歇通入/释放惰性气体，使高温真空压力浸渗机的耐压容器内的压力在2～8MPa范围内波动，持续30～60分钟，使复合固体润滑剂浸满轴承毛胚上的微孔，得到轴承样体；然后将轴承样体自然冷却；

（5）、将冷却后的轴承样体送到车床和磨床上，按规定的设计尺寸进行车削和磨削，即得到合格的高温自补偿润滑轴承。

7.根据权利要求6所述的高温自补偿润滑轴承的制备方法，其特征在于：所述复合固体润滑剂为由铅和锡组成的混合物再添加银、铜、锑和纳米氧化钇中的一种、两种或两种以上原料组成的混合剂。

8.根据权利要求7所述的高温自补偿润滑轴承的制备方法，其特征在于：所述复合固体润滑剂中的配方组分以质量百分比计为：由铅和锡组成的混合物80%；由银、铜、锑和纳米氧化钇中的一种、两种或两种以上原料组成的混合物20%。

9.根据权利要求6或7所述的高温自补偿润滑轴承的制备方法，其特征在于：所述造孔剂为氢化钛、碳酸钙、硬脂酸和纳米氧化铝中的一种、两种或两种以上原料组成的混合剂。

10.根据权利要求6或7所述的高温自补偿润滑轴承的制备方法，其特征在于：所述微孔贯通型的空心圆柱形轴承毛胚的开口孔隙度为15%～20%。