CN103322047B - 一种摩擦副的激光微造型自润滑处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了种一种摩擦副的激光微造型自润滑处理方法，涉及摩擦副自润滑技术。本发明对摩擦副表面采取激光微造型处理，微凹坑的直径为45—130μm、深度为10—80μm，微凹坑的面积占有率为20%～38%，微凹坑的间距为110—300μm，并利用二次热加压的方法对滑动摩擦副表面嵌入自润滑复合材料，得到的摩擦副表面摩擦系数较低，从而减小了摩擦、磨损，提高了摩擦副减摩耐磨综合性能。

Description

一种摩擦副的激光微造型自润滑处理方法

技术领域

本发明涉及摩擦副自润滑技术，具体涉及一种摩擦副的激光微造型自润滑处理方法，用于解决摩擦副的自润滑问题。

背景技术

目前在航空航天、金属加工与成形、工程机械、机车车辆、水（风）力发电及核工业等领域，对摩擦副新型自润滑技术需求很大。固体自润滑突破了油膜润滑极限,已成为目前润滑技术的重要发展方向。因此，研究开发适应多种复杂特殊工况要求的自润滑技术就显得尤为迫切和重要。

1999年公开的申请号为98122341.9的专利通过在金属底材上钻孔或开槽，并嵌入固体润滑膏剂，以实现材料的自润滑性能。由于设置的是宏观大尺度的孔和槽，因而在机械加工和整体承载、润滑性能方面存在不足。2006年公开的申请号为200510042915.X的专利提出了一种高温自润滑涂层的制备方法。由于采用表面高温烧结，对底材机械强度影响较大，而且对涂层的后处理也较困难。2007年公开的申请号为200610040660.8的专利提出了高温合金基自润滑复合材料及其表面图案化处理方法。自润滑合金材料采用高温烧结，成本高且后续加工困难。该专利中采用激光微加工的目的仅仅是为了增设一些储油（脂）槽，以改善润滑效果，并未在其中嵌入固体润滑材料。2008年公开的申请号为200710071281.X的专利公开了一种自润滑轴承材料及其制备方法。采用了整层涂覆烧结方法，其润滑涂层的厚度达到0.5～2.5mm，因而影响到轴承的配合精度和支承刚度。2009年公开的申请号为200810235590.0的专利公开了一种三层自润滑滑动轴承结构，由于增加了一层多孔铜粉烧结层，大大提高了工艺难度和成本，也限制了加工精度的提高。2009年公开的申请号为200910029233.3的专利提出了一种带有表面微孔硬质模板的含银镍基润滑材料及其制备方法。该专利采用激光微加工小孔以形成银的扩散通道，但通道中没有预埋润滑剂，会影响润滑效果。2009年公开的申请号为200910033454.8的专利提出了一种激光表面仿生结构及冲击强化方法，但没有涉及到表面自润滑处理问题。

2011年公开的申请号为201110148420.0的专利提出了一种轴承的激光微造型自润滑处理方法，2012年公开的申请号为201210109126.3的专利提出了一种齿轮及凸轮表面微嵌入自润滑织构制备方法，2012年公开的申请号为201310022645.0的专利提出了一种刀具表面抗粘减摩微镶嵌复合织构的制备方法，上述三种方法在对工件表面进行激光微造型处理后对其表面嵌入固体润滑材料，嵌入方法分别采用了滚压填料后烧结、模压填料后烧结、法向加压完成。上述公开的专利文献对摩擦副微造型表面嵌入固体润滑材料的二次热压成型方法没有记载。

发明内容

本发明的目的在于提供一种摩擦副的激光微造型自润滑处理方法，目的在于减小摩擦副摩擦、磨损，提高摩擦副使用可靠性和稳定性。

本发明目的的技术方案如下：

A）对摩擦副表面激光微造型处理，采用二极管泵浦Nd：YAG激光加工系统，激光波长为532nm，电流强度为16—21A，频率为1600－5000Hz，脉冲次数为5—40次，采用氮气作为辅助气体，气体压力为0.15—0.2Mpa，在摩擦副的运动接触部位形成微凹坑，微凹坑的直径为45—130μm、深度为10—80μm，微凹坑的面积占有率为20%～38%，微凹坑的间距为110—300μm；

B）将自润滑复合材料在120～140^oC的温度下烘1～2h至干燥，将烘干的自润滑复合材料混合均匀；

C)将摩擦副表面采用超声清洗、丙酮将擦净；

D）将自润滑复合材料均匀铺于摩擦副表面；

E）将摩擦副放置于压力加载模具中，并在摩擦副表面铺一张光洁的隔离薄膜后加压，压力10—30PM；

F）将压力加载模具与摩擦副一同在260^oC的温度下加热5min；

G）取出压力加载模具与摩擦副再次加压，压力10—30PM；

H）将摩擦副在260^oC的温度下加热15min；

I）待模具温度降至室温后取出试样，对工作表面进行后处理。

自润滑复合材料按质量百分比配方组成为：聚酰亚胺（PI）16～25％，二硫化钼（M）：75～84％。当采用聚酰亚胺（PI）20％，二硫化钼（M）：80％效果最好。微凹坑的面积占有率为21～36%时的综合效果较好。

激光微造型处理的涂层为黑漆与水玻璃按照质量比50%混合。

本发明的有益效果为，针对摩擦副的特性采取特定的激光微造型处理，得到合适的微凹坑尺寸和面积占有率，并利用二次热加压的方法对摩擦副表面嵌入自润滑复合材料，得到滑动摩擦副表面摩擦系数较低，采用球—盘旋转接触方式进行摩擦磨损试验在15分钟时间内，摩擦系数保持在0.08以下。

说明书附图

图1为表面固体润滑剂三维填充效果图。

图2为不同转速对摩擦系数的影响曲线图。

图3为不同载荷对摩擦系数的影响曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步说明。

激光织构设备采用二极管泵浦Nd：YAG激光加工系统，激光波长为532nm，电流为16—17A，频率为1600Hz，脉冲次数为8—9次，采用氮气作为辅助气体，气体压力为0.15Mpa。GCr15钢经织构化后，用金相砂纸打磨试样表面，直至微凹坑周围熔渣消失,测得表面硬度仍约为62—64HRC。采用Veeco公司生产的WYKO—NT1100型表面微观几何形貌三维测量仪，测得试样单个微凹坑的直径大约为110μm、深度大约为18μm。

将聚酰亚胺和二硫化钼按照质量比1:4称量好之后在常温下充分混合，将其均匀铺于试样表面，然后把试样放置于压力加载模具内，在固体润滑剂与模具之间垫上一张光洁的隔离薄膜，然后进行加压，再将模具放进已达到PI固化温度的260℃的电阻炉中，待加热5min后断电取出模具进行二次加压，而后继续加热15min后取出模具，待模具温度降至室温后释放压力，取出试样，用金相砂纸轻轻打磨去除织构面多余的固体润滑剂，经三维形貌分析仪观测形貌，充填效果良好（如图1所示）。

通过UMT-2摩擦磨损试验机,对试样转速分别在100r/min、150r/min、200r/min、250r/min的工况下，分别独立进行15分钟试验，以分析转速变化对摩擦系数的影响。如图2所示，横向比较摩擦系数，均呈缓慢上升的趋势，纵向比较，随着转速的增大，四个试样的摩擦系数分别呈下降趋势，且运转起来的平稳性也随着转速的提高而变好。

对试样试验力分别在15N、30N、45N、60N的工况下，分别独立进行15分钟试验，以分析载荷变化对摩擦系数的影响。在整个试验过程中，试样表面磨损十分轻微，未出现明显犁沟。如图3所示，横向观察四条曲线，均呈现不同程度的上升，但是上升的趋势均不大，纵向分析四条曲线可以发现，随试验载荷的增加，摩擦系数呈减小趋势，除载荷为15N的曲线，其他三条曲线的摩擦系数曲线均较稳定，始终保持在0.08以下。

Claims (4)

1.一种摩擦副的激光微造型自润滑处理方法，其特征在于，具体步骤为：

A）对摩擦副表面激光微造型处理，采用二极管泵浦Nd：YAG激光加工系统，激光波长为532nm，电流强度为16—21A，频率为1600－5000Hz，脉冲次数为5—40次，采用氮气作为辅助气体，气体压力为0.15—0.2Mpa，在摩擦副的运动接触部位形成微凹坑，微凹坑的直径为45—130μm、深度为10—80μm，微凹坑的面积占有率为20%～38%，微凹坑的间距为110—300μm；

B）将自润滑复合材料在120～140^oC的温度下烘1～2h至干燥，将烘干的自润滑复合材料混合均匀；

C)将摩擦副表面采用超声清洗、丙酮擦净；

D）将自润滑复合材料均匀铺于摩擦副表面；

E）将摩擦副放置于压力加载模具中，并在摩擦副表面铺一张光洁的隔离薄膜后加压，压力10—30PM；

F）将压力加载模具与摩擦副一同在260^oC的温度下加热5min；

G）取出压力加载模具与摩擦副再次加压，压力10—30PM；

H）将摩擦副在260^oC的温度下加热15min；

I）待模具温度降至室温后取出试样，对工作表面进行后处理。

2.根据权利要求1所述的一种摩擦副的激光微造型自润滑处理方法，其特征在于，所述自润滑复合材料按质量百分比配方组成为：聚酰亚胺（PI）16～25％，二硫化钼（M）：75～84％。

3.根据权利要求1或2所述的一种摩擦副的激光微造型自润滑处理方法，其特征在于，所述激光微造型处理的涂层为黑漆与水玻璃按照质量比50%混合。

4.根据权利要求1或2所述的一种摩擦副的激光微造型自润滑处理方法，适用于齿轮、凸轮、模具、导轨/套摩擦副表面自润滑处理。