CN102703854B - 铟复合材料表面织构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了铟复合材料表面织构,所述的铟复合材料表面织构是以机械零件的表面为基底金属，在基底金属上，将铟材料通过加热扩散进入基底金属形成新的、促进形成润滑油吸附膜的铟复合材料层，或通过离子注入基底金属形成促进形成润滑油吸附膜的铟复合材料层，然后在具有铟复合材料层的机械零件表面加工表面织构,表面织构由许多表面织构单元组成，再设一层与具有铟复合材料层的机械零件表面形成一体不分离而且具有促进形成润滑油吸附膜的铟材料层，形成铟复合材料表面织构。

Description

铟复合材料表面织构

技术领域

本发明涉及铟复合材料表面织构。

背景技术

 摩擦磨损是机械和汽车等产品失效的主要原因之一，大约80%的机械零部件失效是由于各种形式的磨损引起的，由于机械零部件失效带来经济损失达到几十亿元。

表面织构,是指在相互连接接触机械零件的摩擦副表面通过一定的加工技术加工出具有一定尺寸和排列的凹坑、凹痕等微织构图案点阵。

本发明人经过多年深入研究，发现机械零件表面发生相对运动过程中，尤其在存在微动磨损的机械零件接触表面，铟复合材料表面织构所起的储油、浸润性与及时形成润滑油膜与动压润滑的作用机理、对改善其接触表面的摩擦因数和摩擦力与滑动周期的作用机理，与大都数国内外学者已见报导表面织构的性能有很大不同。因此，研究铟复合材料表面织构具有重要的应用价值和实用意义。

文献检索和专利检索结果表明，目前国内还没有铟复合材料的相关表面织构的专利文献报导。

发明内容

本发明的任务是提供一种铟复合材料表面织构，本发明的任务是通过如下技术方案来实现的:本发明的铟复合材料表面织构是以机械零件的表面为基底金属，在基底金属上，将铟材料通过加热扩散进入基底金属形成新的、促进形成润滑油吸附膜的铟复合材料层，或通过离子注入基底金属形成促进形成润滑油吸附膜的铟复合材料层，然后在具有铟复合材料层的机械零件表面加工表面织构, 表面织构由许多表面织构单元组成，再设一层与具有铟复合材料层的机械零件表面形成一体不分离而且具有促进形成润滑油吸附膜的铟材料层，形成铟复合材料表面织构。

所述的基底金属是铟材料可以通过加热扩散进入的金属材料，如AlSn40,AlSn20,SnSb8Cu4等，或铟材料可以通过离子注入的金属材料如40Cr等，都可以作为基底金属。

所述的铟复合材料表面织构的表面织构单元可以是圆形、椭圆形或其它形状表面织构单元，表面织构单元的间距大小和分布密度根据机械零件受到作用力大小及运动速度快慢进行优化设计调整，各表面织构单元尺寸：最大长度≤400μm,最大宽度≤400μm，最大深度≤50μm。

铟材料有很多种，本发明所述的铟材料层必须具有促进形成润滑油吸附膜、并能与具有铟复合材料层的机械零件表面形成一体、不分离特性的铟材料。

所述的润滑油可以是如N15，N22，N150，N220等常用工业用润滑油，或15W/40等常用汽车发动机润滑油。

与现有技术比较，本发明的铟复合材料表面织构的相关技术有重大改进：① 结构和材质两个方面重大改进：每个织构单元由两层不同的材料--促进形成润滑油吸附膜的铟材料层和铟复合材料层形成一体不分离，两层材料的材质不同，铟复合材料层的材质是通过表面改性形成新的铟复合材料层，因此织构单元的结构和材质两方面都已发生重大改进；② 织构单元的形成油膜润滑原理重大改进：表面织构单元(微小的凹坑)具有储油的性能，当铟复合材料表面织构的表面织构单元充满润滑油时，织构单元的表面铟材料层良好的浸润性能、物理化学吸附性能促进及时形成润滑油膜，促进及时补充储油，提升了润滑性能；当铟复合材料表面织构的表面织构单元部分充满润滑油(润滑油未充满)，表面铟材料层良好的浸润性能，与零件表面的铟材料层或(铟材料层磨损后的) 铟复合材料层的浸润性能配合作用，由于表面织构单元的深度≤50μm，促进及时形成润滑油膜，明显提升了润滑性能，尤其是铟复合材料层的浸润性与织构单元表面的铟材料层良好的浸润性、物理化学吸附性能配合作用形成润滑油膜，与普通表面织构的工作原理有实质性不同；③ 形成动压润滑的重大改进：表面织构单元的表面铟材料层的良好浸润性、物理化学吸附性能，与零件表面的铟材料层或(铟材料层磨损后的) 铟复合材料层的浸润性能、物理化学吸附性能配合作用，促进形成动压润滑,避免机械零件的直接接触从而降低磨损；尤其是铟复合材料层的浸润性与织构单元表面的铟材料层良好的浸润性、物理化学吸附性能配合作用形成动压润滑，与普通表面织构的工作原理有实质性不同；④ 机械零件不同磨损阶段的储油和润滑协同性方面重大改进：机械零件处于跑合磨损阶段(早期磨损阶段)，铟复合材料表面织构的表面铟材料层浸润性良好促进织构单元及时提供润滑作用，并及时补充储油；当机械零件由于使用过程逐渐摩擦磨损，铟材料层逐渐磨损减少，机械零件表面的材质为逐渐变为铟复合材料层，表面织构单元的表面仍为铟材料层，其良好浸润性、物理化学吸附性能与铟复合材料层配合作用，及时形成润滑油膜、润滑作用，机械零件不同磨损阶段的储油和润滑协同性方面明显提升，长期有效减少机械零件的摩擦磨损；⑤ 复合的润滑形式：机械零件的相对运动过程中，铟材料层具有自润滑性能，与润滑油润滑、织构单元的储油和润滑一起形成复合的润滑形式，提升了润滑性能；结合表面织构单元的形状、大小、深度、表面织构单元的间距和分布密度尺寸进行优化设计，具有明显改善机械零件接触表面的摩擦学性能；⑥ 吸振减摩：铟材料层能吸收部分振动、对存在微动磨损的机械零件具有吸收部分振动、铟材料层良好的自润滑性能减少存在微动磨损的机械零件接触表面因存在润滑不充分时的摩擦磨损有重要应用价值，铟复合材料表面织构对存在微动磨损的机械零件接触表面具有独特的减少摩擦磨损效果功效持久，因此，铟复合材料表面织构具有重要的应用价值和实用意义。

本发明的有益效果是，能促进形成油膜润滑、促进形成动压润滑、形成复合的润滑形式，能长期有效减少机械零件接触表面的摩擦磨损，尤其是减少微动磨损效果且功效持久，使用方便，结构简单，适用性强，且应用成本适宜，适合批量生产的特点。

附图说明

图1为本发明实施例1的铟复合材料表面织构的放大的局部剖视图。

图2为本发明实施例1的圆形的表面织构单元的形状结构示意图。

图3为本发明实施例2的表面织构单元的形状结构示意图。

图中数字表示

1--铟材料层，2--铟复合材料层，3—圆形的表面织构单元，

4—椭圆形的表面织构单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

图1为本发明实施例1的铟复合材料表面织构的放大的局部剖视图，图2为本发明实施例1的圆形的表面织构单元的形状结构示意图。

本发明的铟复合材料表面织构特征在于：用一种高锡铝且含铜量低的轴承合金材料进行热处理，通过机械加工方法制成机械零件，以零件的相互接触表面作为基底金属，在基底金属上，进行清洁、除油、除锈、清洗吹干后，涂镀一层含铟≥80%的Sn-Pb-In材料，通过加热至170℃～200℃并保温2～3小时，铟材料扩散进入基底金属形成新的具有促进形成润滑油吸附膜的铟复合材料层2；冷却至室温，去除残余的铟材料，进行清洁、清洗，热风吹干后，在具有铟复合材料层2的机械零件表面加工表面织构，表面织构由许多圆形的表面织构单元组成，表面织构单元3的最大直径≤350μm，最大深度≤40μm,各表面织构单元的底部呈圆弧形或近似圆弧形,如图1和图2所示实施例；每列的圆形表面织构单元3分布为靠近机械零件中间的表面织构单元分布较稀疏、靠近机械零件旁边的表面织构单元分布较密；表面织构单元呈现以列为单位阵列分布；零件表面的表面织构的分布密度：0.12；进行清洁、除油、清洗、风吹干后，再通过电镀工艺镀上一层具有促进形成润滑油吸附膜的Pb-Sn-Cu-In铟材料层1，应注意电镀工艺的品质管控，保证铟材料层1与铟复合材料层2成为一体不分离，进行清洗、风吹干，形成铟复合材料表面织构。

当机械零件的接触表面发生相对运动，铟复合材料表面织构具有良好耐蚀性、耐磨性和自润滑性，形成储油作用、形成良好的润滑油膜和形成动压润滑，改善其接触表面的表面摩擦因数，实现良好的减少摩擦磨损效果；应用于存在微动磨损的机械零件，具有独特的减少摩擦磨损效果功效持久。

实施例2

图3为本发明实施例2的织构单元的形状结构示意图。

本发明的铟复合材料表面织构特征在于：用40Cr材料通过机械加工方法制成机械零件,经过调质处理，以零件的相互接触表面作为基底金属，在基底金属上，清洁、除油、除锈、清洗吹干后，在金属离子注入机上，将工业纯铟的铟材料，通过离子注入方式进入基底金属形成新的具有促进形成润滑油吸附膜的铟复合材料层2，离子注入过程加强品质管理，特别是注意工作电压值和脉冲束流值控制；冷却至室温，进行清洁、清洗，热风吹干后，在具有铟复合材料层2的机械零件表面加工表面织构，表面织构由许多圆形的与椭圆形的表面织构单元组成，圆形的表面织构单元3与椭圆形的表面织构单元4，如图3所示实施例，表面织构形状的排列分布为靠近机械零件中间为圆形表面织构单元3且分布稀疏，靠近零件两侧依次为每4排椭圆形表面织构单元4、每4排圆形表面织构单元3交替进行，靠近机械零件两侧的表面织构单元分布较密,机械零件表面的表面织构的分布密度：0.15；各表面织构单元尺寸：最大长度≤400μm,最大宽度≤300μm，最大深度≤40μm；椭圆形的表面织构单元4底部呈圆弧形，圆形的表面织构单元3底部呈圆弧形；进行清洁、除油、清洗、吹干后，再通过电镀工艺镀上一层具有促进形成润滑油吸附膜的Pb-Sn-Cu-In铟材料层1，应注意电镀工艺的品质管控，保证铟材料层1与铟复合材料层2成为一体不分离，进行清洗、吹干，形成铟复合材料表面织构。

铟复合材料表面织构的每个织构单元由促进形成润滑油吸附膜的铟材料层和铟复合材料层构成，改进了织构单元的结构和材质；每个表面织构单元的两层材质的浸润性不同、物理化学吸附性能不同，因而在机械零件相对运动过程的表面织构单元形成润滑油润滑的热机耦合、热流耦合润滑、减少摩擦磨损的原理不同；铟材料层有良好的耐蚀性和耐磨性还具有很强的自润滑性，与润滑油润滑、织构单元的储油润滑一起，形成复合润滑；铟材料层能吸收部分振动，对存在微动磨损的机械零件具有吸收部分振动、减少摩擦磨损重要应用价值，对存在微动磨损的机械零件接触表面具有独特的减少摩擦磨损效果功效持久。

Claims (4)

1.铟复合材料表面织构, 其特征在于: 所述的铟复合材料表面织构是以机械零件的表面为基底金属，在基底金属上，将含铟≥80%的Sn-Pb-In材料通过加热扩散进入基底金属形成新的、促进形成润滑油吸附膜的铟复合材料层，或将纯铟通过离子注入基底金属形成促进形成润滑油吸附膜的铟复合材料层，然后在具有铟复合材料层的机械零件表面加工表面织构, 表面织构由许多表面织构单元组成，再设一层与具有铟复合材料层的机械零件表面形成一体不分离而且具有促进形成润滑油吸附膜的Pb-Sn-Cu-In铟材料层，形成铟复合材料表面织构。

2.根据权利要求1所述的铟复合材料表面织构,其特征在于:所述的基底金属是，铟材料可以通过加热扩散进入的金属材料，或铟材料可以通过离子注入的金属材料。

3. 根据权利要求1所述的铟复合材料表面织构,其特征在于: 所述的铟复合材料表面织构是：用高锡铝且含铜量低的轴承合金材料进行热处理，通过机械加工方法制成机械零件，以零件的相互接触表面作为基底金属，在基底金属上，进行清洁、除油、除锈、清洗吹干后，涂镀一层含铟≥80%的Sn-Pb-In材料，通过加热至170℃～200℃并保温2～3小时，铟材料扩散进入基底金属形成新的具有促进形成润滑油吸附膜的铟复合材料层；冷却至室温，去除残余的铟材料，进行清洁、清洗，热风吹干后，在具有铟复合材料层的机械零件表面加工表面织构，表面织构由许多圆形的表面织构单元组成，表面织构单元的最大直径≤350μm，最大深度≤40μm,各表面织构单元的底部呈圆弧形或近似圆弧形；进行清洁、除油、清洗、风吹干后，再通过电镀工艺镀上一层具有促进形成润滑油吸附膜的Pb-Sn-Cu-In铟材料层，铟材料层与铟复合材料层成为一体不分离，进行清洗、风吹干，形成铟复合材料表面织构。

4. 根据权利要求1所述的铟复合材料表面织构,其特征在于: 所述的铟复合材料表面织构是：用40Cr材料通过机械加工方法制成机械零件,经过调质处理，以零件的相互接触表面作为基底金属，在基底金属上，清洁、除油、除锈、清洗吹干后，在金属离子注入机上，将工业纯铟的铟材料，通过离子注入方式进入基底金属形成新的具有促进形成润滑油吸附膜的铟复合材料层；冷却至室温，进行清洁、清洗，热风吹干后，在具有铟复合材料层的机械零件表面加工表面织构，表面织构由许多圆形的与椭圆形的表面织构单元组成，圆形的表面织构单元与椭圆形的表面织构单元各表面织构单元尺寸：最大长度≤400μm,最大宽度≤300μm，最大深度≤40μm；椭圆形的表面织构单元底部呈圆弧形，圆形的表面织构单元底部呈圆弧形；进行清洁、除油、清洗、吹干后，镀上一层具有促进形成润滑油吸附膜的Pb-Sn-Cu-In铟材料层，铟材料层与铟复合材料层成为一体不分离，进行清洗、吹干，形成铟复合材料表面织构。

Images