CN103492539A

CN103492539A - 固体润滑剂

Info

Publication number: CN103492539A
Application number: CN201280012004.0A
Authority: CN
Inventors: E.克维雷尔
Original assignee: Special Technique Partnership
Current assignee: Special Technique Partnership
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2014-01-01
Also published as: BR112013020156A2; US20120201487A1; JP2014505773A; EP2673346A4; KR20140034140A; EP2673346A1; US10155914B2; WO2012109136A1; AU2012214646A1

Abstract

一种固体润滑剂，该固体润滑剂用于轴承并且包括至少百分之三十重量的石墨，粘合材料和无机润滑纳米颗粒。另外提供了一种填充有固体润滑剂的轴承。

Description

固体润滑剂

技术领域

本发明涉及轴承，更确切地说是涉及用于轴承的固体润滑剂。

背景技术

不同种类的轴承、例如滚动轴承和普通轴承最需经常得到润滑，从而正常运行并且保证长使用寿命。使用油或脂来润滑轴承是非常常见的。但是，由于不同的原因，有些情况下不适合使用油或脂。例如，在苛刻环境下，例如在高温环境中，油和脂可能运行不正常。如果温度过高，甚至会有油或脂蒸发的风险。而且，由于环境要求，有些情况下不适合使用油或脂。例如在食品和饮料行业中。

一种常用的固体润滑剂是作为轴承的金属板保持架的替代品的人造石墨。在运行过程中石墨保持架释放石墨到滚道和滚动元件中。这种润滑剂的一个缺点是低速度性能和缩减的轴承使用寿命。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种解决现有技术至少一个缺点的固体润滑剂。更确切地说，本发明的目的是提供一种固体润滑剂，该固体润滑剂耐热、提供低的滚动和滑动摩擦、容许较高轴承速度并且提供长的轴承使用寿命。

根据本发明的第一方面，通过用于轴承的固体润滑剂实现目标，所述固体润滑剂包括30wt%的石墨、粘合材料，以及其中固体润滑剂进一步包括无机润滑纳米颗粒。该合成物为轴承提供耐热的固体润滑剂，而且也提供轴承中滚动和/或滑动接触表面的低摩擦和低磨损，从而使轴承可以高速运转和/或延长轴承使用寿命。在运行过程中，固体润滑剂与轴承的金属表面相接触，通过研磨形成固体润滑剂膜。如果固体润滑剂膜被移除，那么新的膜会由复合物的储备形成。纳米颗粒通过堪比数百万微型滚动轴承的滚动的机制润滑，由此大大减少摩擦和磨损。本发明的其它益处是：1)在任何温度的低启动转矩，2)为了轴承的寿命，轴承被润滑，3)润滑剂损失最小，4)适合极慢速旋转和振荡应用，以及5)工人安全得到改善，与很多油和脂相比对环境友好。

在一实施方式中，纳米颗粒具有80至160纳米的平均尺寸。

在一实施方式中，纳米颗粒具有80至90纳米的平均尺寸。

在一实施方式中，纳米颗粒具有80至100纳米的平均尺寸。

在一实施方式中，纳米颗粒具有80至110纳米的平均尺寸。

在一实施方式中，纳米颗粒具有80至120纳米的平均尺寸。

在一实施方式中，纳米颗粒具有80至130纳米的平均尺寸。

在一实施方式中，纳米颗粒具有80至140纳米的平均尺寸。

在一实施方式中，纳米颗粒具有80至150纳米的平均尺寸。

在一实施方式中，润滑纳米颗粒是无机富勒烯状（fullerene-like）的纳米颗粒。

在一实施方式中，无机润滑纳米颗粒是金属硫族化合物（dichalcogenide）。在另一实施方式中，金属硫族化合物具有化学式MX2，其中M是钼、钨或任何其它合适的金属，X是硫、硒或任何其它合适的硫族元素（chalcogen）。

在一实施方式中，纳米颗粒是纳米球。

在一实施方式中，纳米颗粒是纳米管。

在一实施方式中，纳米颗粒是纳米球和纳米管的组合。

在一实施方式中，无机润滑纳米颗粒是无机富勒烯状的二硫化钨纳米球。

在一实施方式中，固体润滑剂包括至少0.01wt%的无机润滑纳米颗粒。

在一实施方式中，固体润滑剂还包括至少1wt%的二硫化钼。

在一实施方式中，固体润滑剂还包括具有大于等于1.8g/cm³的密度的高密度液体。当制造固体润滑剂，也称作化合物或石墨化合物时，高密度液体便于在固体石墨润滑剂中插入纳米颗粒。纳米颗粒可与高密度液体混合然后与固体石墨润滑剂结合。

在一实施方式中，高密度液体是油。在一实施方式中，油是PFPE(全氟聚醚)油。在一实施方式中防锈添加剂混合在高密度液体中。在一实施方式中，油不是高密度油，例如矿物油。

在一实施方式中，固体润滑剂是多孔结构，其中无机润滑纳米颗粒嵌入多孔结构中。

在固体润滑剂的一实施方式中，粘合材料是热固性聚合物。例如，热固性聚合物可以是电木(苯酚甲醛树脂)，但也可以是技术人员意识到的任何其它合适的热固性塑料。

在固体润滑剂的一实施方式中，它还包括增强纤维。例如，增强纤维可以是玻璃纤维或技术人员意识到的任何其它合适的增强纤维。

在一实施方式中，固体润滑剂的组分的混合物注入到轴承的内环和外环之间的至少部分空间中，然后被硬化直至凝固。在一实施方式中，固体润滑剂的组分的混合物在注入到轴承中时处于半液体相。在一实施方式中，在轴承中润滑剂固化以后，纳米颗粒被注入到固体润滑剂中。

根据本发明的第二方面，通过轴承实现目标，该轴承包括外环和内环，并且其中至少内环和外环之间的空间填充有根据本发明第一方面所述的固体润滑剂。应当指出的是，本发明第一方面的所有实施方式适用于本发明第二方面的所有实施方式，反之亦然。具有固体润滑剂的轴承提供耐热的被润滑的轴承、提供内环和外环之间的接触表面的低摩擦和低磨损、与现有技术的轴承相比还延长了轴承的使用寿命。

在一实施方式中，固体润滑剂中的纳米颗粒具有巢状球的结构，该结构通过堪比数百万微型滚动轴承的滚动的机制润滑，由此大大减少摩擦和磨损。在轴承运行期间，固体润滑剂在轴承的滚道上和滚动元件上保持非常薄的膜从而避免金属与金属接触。本发明的其它益处是：1)在任何温度的低启动转矩，2)为了轴承的寿命，轴承被润滑，3)润滑损失最小，4)适合极慢速旋转和振荡应用，以及5)工人安全得到改善，与很多油和脂相比对环境友好。此外，当轴承完全由固体润滑剂填充时，可以阻止污染物以及其它颗粒进入轴承。因此，固体润滑剂可以起到轴承密封件的作用，该密封件密封轴承的轴向端面。

在轴承的一实施方式中，在外环的径向内周表面上外环具有内滚道，在内环的径向外周表面上内环具有外滚道。此外，多个滚动元件置于内滚道和外滚道之间。

在一实施方式中，滚动轴承是球轴承或滚柱轴承。球轴承可以是深沟球轴承、自调心球轴承、角接触球轴承、推力球轴承或任何其它球轴承。滚柱轴承可以是球形滚柱轴承、圆柱形滚柱轴承、锥形滚柱轴承、螺线管形滚柱轴承、推力滚柱轴承(例如推力球面滚柱轴承)或任何其它滚柱轴承。

在一实施方式中，具有多个滚动元件的轴承还包括用于使至少两个相邻的滚动元件分开的至少一个分隔元件。分隔元件可以是两个相邻的滚动元件(即球或滚柱)之间的分隔间隔器。众所周知，间隔器在轴承中用于分隔滚动元件。在一实施方式中，间隔器在轴承中所有的滚动元件之间。在另一实施方式中，用于分隔滚动元件的分隔元件是保持架或定位器。

在具有至少一个分隔元件的滚动轴承的一实施方式中，固体润滑剂至少部分附连于分隔元件。如果分隔元件是间隔器，那么固体润滑剂可附连于间隔器。润滑剂可包围间隔器整体，但也可以只覆盖间隔器的特定表面。在一实施方式中，固体润滑剂至少部分附连于间隔器的表面，该表面意在与轴承的滚动元件和/或内滚道和外滚道相接触。例如，间隔器可以由金属制成，例如铁、铜或黄铜，但也可以是聚合物间隔器或任何其它合适的材料。如果分隔元件是保持架，那么固体润滑剂可包围保持器的全部表面，但也可以只覆盖保持架周围表面的特定部分。

在一实施方式中，固体润滑剂至少部分地附连于保持架的表面，该表面预期是与轴承的滚动元件和/或内滚道和外滚道相接触。例如，保持架可以由金属制成，例如铁、铜或黄铜，但也可以是聚合物保持架或任何其它合适的材料。在一实施方式中，内环和外环之间的空间被完全填充，包围滚动元件和分隔元件。围绕滚动元件和滚道会形成狭窄的间隙，使得轴承部件能够自由旋转，而固体润滑剂可连结于分隔元件。

在滚动轴承的一实施方式中，固体润滑剂是分隔元件。固体润滑剂可以塑造成不同设计的间隔器或保持架的形式。在这种情况下，不使用金属或聚合物保持架或间隔器。由此固体润滑剂润滑轴承同时分隔轴承中的滚动元件。在一实施方式中，内环和外环之间的空间被完全填充并且包围滚动元件。围绕滚动元件和滚道会形成狭窄的间隙，使得轴承部件能够自由旋转。固体润滑剂可以模制到轴承中。

在一实施方式中，轴承是普通轴承。固体润滑剂可置于轴承内环和外环之间的空间中。在一实施方式中，内环和外环的至少其中一个在内环和外环之间的接触表面的圆周上具有凹槽，其中凹槽至少部分地填充有根据本发明所述的固体润滑剂。沟槽可围绕两个环的圆周延伸。

在一实施方式中，轴承是密封的轴承，其中密封件置于轴承的至少其中一个轴向端面，由此密封轴承的内环和外环之间。密封件可由聚合物制成，例如橡胶或任何其它合适的材料。此外，密封件可以很多方式设计，例如具有一个或多个密封唇的一部分式或两部分式的密封件。

例如，具有固体润滑剂的轴承在金属工业(例如方坯轧辊或方坯连铸机、冷床及输送辊道、轧条机中的导辊、再加热炉辊子)、工业烘炉(例如用于淬火炉和退火炉的链条轴承以及窑车车轮轴承)、食品和饮料行业(例如烤箱、熏制室传送线、压饼机、灭菌)、汽车和粉末涂料的烤漆流水线、造纸业(例如纸加工生产线)、真空和空间应用以及油气产业(例如具有侵蚀性溶剂的应用)有良好的应用。但是当然也有轴承可以很好地发挥作用的很多其它合适的应用领域。

附图说明

结合附图阅读将会更好地理解以上内容以及本发明优选实施方式的详细描述。为了说明本发明的目的，在附图中示意性示出优选实施例。然而，应当理解的是本发明不限于示出的精确的布置和方法。在附图中：

图1是具有根据本发明所述的固体润滑剂的滚动轴承的俯视平面图。

图2是沿图1中的A-A线的滚动轴承的横截面。

具体实施方式

图1公开了根据本发明所述的轴承1。轴承1包括外环2和同轴布置的内环3，以及在之间的滚动元件4。此外，空间5中填充的是根据本发明所述的固体润滑剂。整个空间5可以填充有固体润滑剂，但也可以是空间5的部分填充有固体润滑剂。固体润滑剂也可以结合于保持架或者间隔器(图中未示出)。轴承1可以是任何种类的球轴承或者滚柱轴承，例如深沟球轴承、角接触球轴承、自调心球轴承等，或者球形滚子轴承、锥形滚柱轴承、圆柱形滚柱轴承、螺线管形滚柱轴承或任何其它类型的滚柱轴承。也可以是没有滚动元件的普通轴承。在这种情况下，外环2和内环3会彼此接触并且能够通过滑动相对地旋转。

图2表示轴承1沿图1中的A-A线的横截面。轴承1包括外环2、内环3、滚动元件4(在本例中滚动元件是球)和保持架6(在图1中未示出)。此外，外环2具有内滚道21，内环3具有外滚道31。球4至少在装载区域与内滚道21和外滚道31接触，从而使得内环2和外环3可以相对彼此旋转。在图中还表示了空间5，该空间可由根据本发明所述的固体润滑剂部分地或全部地填充。保持架6可被固体润滑剂部分覆盖，但也可以完全围住保持架6。另外，保持架6可完全由固体润滑剂制成。保持架6可由金属制成，例如铁、铜或黄铜，但它也可由聚合物制成。根据轴承类型和滚子形状等，保持架6可以有很多不同种的形状和设计。当空间5完全由固体润滑剂填充时，轴承1的轴向端面可由润滑剂密封，由此减少污染物和其它颗粒进入轴承1的风险。分隔元件6也可以是间隔器，该间隔器是使至少两个相邻滚动元件分开的分隔元件。间隔器可以由金属制成，例如铁、铜或者黄铜，但也可由聚合材料制成。另外，间隔器可以完全由根据本发明所述的固体润滑剂制成。

本领域技术人员可领会的是，可以对上述实施方式进行改变而不脱离其广泛的发明构思。因此，可以理解的是，本发明不限于所公开的特定实施方式，而是意在包括如所附权利要求中大致限定的本发明本质和范围内的修改。

Claims

1.一种用于轴承的固体润滑剂，该润滑剂包括：

至少30wt%的石墨；

粘合材料；和

无机润滑纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的固体润滑剂，其中所述固体润滑剂还包括至少1wt%的二硫化钼。

3.根据权利要求1所述的固体润滑剂，其中所述无机润滑纳米颗粒具有80至160纳米的平均尺寸。

4.根据权利要求1所述的固体润滑剂，其中所述无机润滑纳米颗粒是金属硫族化合物。

5.根据权利要求1所述的固体润滑剂，其中所述固体润滑剂还包括具有大于等于1.8g/cm³密度的高密度液体。

6.根据权利要求5所述的固体润滑剂，其中所述高密度液体是油。

7.根据权利要求1所述的固体润滑剂，其中所述固体润滑剂具有多孔结构，并且其中所述无机润滑纳米颗粒嵌入多孔结构中。

8.根据权利要求5所述的固体润滑剂，其中防锈添加剂混合在高密度液体中。

9.一种轴承包括：

外环；

内环，所述内环设置在外环中从而限定空间；以及

固体润滑剂，所述固体润滑剂设置在所述空间中并且包括至少30wt%的石墨、粘合材料和无机润滑纳米颗粒。

10.根据权利要求9所述的轴承，其中：

在外环的径向内周表面上，外环具有内滚道；

在内环的径向外周表面上，内环具有外滚道；并且

其中多个滚动元件置于内滚道和外滚道之间。

11.根据权利要求10所述的轴承还包括用于使至少两个相邻滚动元件分隔的至少一个分隔元件。

12.根据权利要求11所述的轴承，其中所述固体润滑剂至少部分附连于分隔元件。

13.根据权利要求11所述的轴承，其中所述固体润滑剂是分隔元件。