CN104214205A - 一种耐磨箔片式动压止推气体轴承及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐磨箔片式动压止推气体轴承及制备方法，气体轴承由底板、波箔和顶箔构成，顶箔的材质为镍基高温合金。顶箔涂有镍包石墨微粒润滑涂层，涂层的厚度为0.050～0.055mm，镍包石墨微粒中镍与石墨的质量分数为5～8:5～2，镍包石墨微粒的粒度为60～80um。顶箔镍包石墨微粒润滑涂层的喷涂过程为，⑴将镍包石墨微粒的颗粒放进烘箱150°烘干2～4小时；⑵将顶箔放在超声波清洗机内清洗5～20分钟，预热至150～180℃；⑶用氧-乙炔火焰粉末喷涂法在顶箔上表面喷涂镍包石墨微粒。本发明在顶箔表面喷涂镍包石墨微粒润滑涂层，延长了箔片气体轴承的启停寿命。利用氧-乙炔火焰粉末喷涂法喷涂，制备出符合质量要求的耐磨箔片气体轴承。
Description
技术领域
本发明属于气体轴承设备技术领域，涉及一种箔片式动压止推气体轴承，具体涉及一种耐磨箔片式动压止推气体轴承及制备方法。
背景技术
箔片轴承最早在1928年出现，箔片轴承具有稳定性好，耐振动，耐冲击，对环境无污染等优点，箔片止推轴承出现在本世纪70年代，已广泛应用于多种高速旋转机械，并取得了良好的应用效果。箔片式动压止推气体轴承是一种理论上无限寿命的轴承，根据动压轴承的原理可知，在高速旋转过程中，轴承被支撑在由其自身产生的气膜上，因此不会发生磨损，但在启停过程中会因为无法形成有效厚度的气膜而出现顶箔与轴承位的摩擦，造成顶箔出现磨损，经历一定次数的启停后，会出现顶箔失效的问题。为了解决这一问题，在顶箔表面喷涂固体润滑涂层，提高轴承表面的润滑性能，延长启停寿命。现有固体润滑涂层，如传统的石墨、聚四氟乙烯、MoS 等，在300°以下应用中取得了一定的效果，但还无法达到某些工况下要求达到的2万次以上的启停寿命要求。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种耐磨箔片式动压止推气体轴承，以改善顶箔涂层的耐磨损性能，提高箔片式动压止推气体轴承的启停寿命。本发明的另一目的是提供一种实现上述气体轴承的制备方法。
本发明采取的技术方案是：耐磨箔片式动压止推气体轴承，由底板、波箔和顶箔构成，波箔和顶箔焊接在底板上，顶箔的材质为镍基高温合金。顶箔涂有镍包石墨微粒润滑涂层，涂层的厚度为0.050～0.055mm，镍包石墨微粒中镍与石墨的质量分数为5～8:5～2，镍包石墨微粒的粒度为60～80um。
波箔和和顶箔的数量为4、6 、8或10。顶箔镍包石墨微粒润滑涂层的表面光洁度＜Ra0.8，涂层摩擦系数为0.25～0.35。
本发明耐磨箔片式动压止推气体轴承的制备方法，过程为：①对顶箔喷涂镍包石墨微粒润滑涂层；②将底板置于焊接操作台的工装上，装上波箔定位盘，波箔放在波箔定位槽内进行激光焊接；③换上顶箔定位盘，顶箔放在顶箔定位槽内进行激光焊接；④从定位工装上取下气体轴承，用涂镀层测厚仪对每片顶箔涂层厚度进行测量。顶箔喷涂镍包石墨微粒润滑涂层的步骤如下：
⑴将镍包石墨微粒的颗粒放进烘箱150°烘干2～4小时；
⑵将待喷涂的顶箔放在超声波清洗机内进行清洗5～20分钟，对顶箔进行预热，预热温度150～180℃；
⑶采用氧-乙炔火焰粉末喷涂法在顶箔上表面喷涂步骤⑴烘干后的镍包石墨微粒；
氧-乙炔火焰粉末喷涂的工艺参数为：氧气压力0.3～0.6MPa，乙炔压力0.4～0.6MPa，空气压力0.3～0.5Mpa。
镍包石墨微粒是一种具有核-壳结构的复合颗粒材料，不仅保持了金属镍镀层和被包覆石墨颗粒各自的主要特点，还通过复合效应表现出组分相互作用而产生的优良性能。它集金属镍的抗腐蚀性、韧性等特性与石墨的固体润滑性好，热膨胀系数低等诸多优点于一身。镍包石墨微粒的微观组织表现为借助镍包裹的保护，石墨颗粒均匀分布在涂层中，形成以镍为基体石墨为润滑相的耐磨涂层，在高倍镜下观察，涂层与顶箔基体形成一定的冶金结合状态，界面结合强度良好，石墨与镍基体的界面浸润良好，结合强度高，可以保证石墨在摩擦过程中不脱落。
涂层的质量与热喷涂过程中粉末的熔化程度有关，粉末在火焰中停留时间过短，粉末表面未充分熔化，附着力小，形成的涂层致密度低。火焰中停留时间过长，粉末烧损严重，涂层中氧化物含量高，影响涂层的性能。送粉量过大，粉粒外表面镍未熔化，涂层结合力受影响或者不能形成涂层。送粉量小，粉粒外表面镍烧损严重，不能有效包裹石墨，石墨撞击基体而飞出，涂层沉积速度慢。采用氧-乙炔火焰粉末喷涂法喷涂的涂层表面光滑平整，表面光洁度在Ra0.8以下，按照GB9286-1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》检验涂层与顶箔的结合强度，达到了0级-1级的质量标准。在摩擦磨损试验机上，对喷涂的涂层进行测试，涂层摩擦系数在0.25-0.35之间，符合该箔片式动压气体轴承对固体润滑涂层的要求。
本发明耐磨箔片式动压止推气体轴通过在顶箔表面喷涂镍包石墨微粒润滑涂层，有效提高了轴承表面的润滑性能，降低了顶箔的摩擦损伤，涂层达到了2万次启停寿命要求，延长了箔片式动压止推气体轴承的启停寿命。利用氧-乙炔火焰粉末喷涂法选用合适工艺条件进行喷涂，喷涂的效果好，制备出符合质量要求的耐磨箔片式气体止推气体轴承。
附图说明
图为本发明耐磨箔片式动压止推气体轴承的示意图；
其中：1—底板、2—波箔、3—顶箔。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
本发明耐磨箔片式动压止推气体轴承如图1所示，由底板1、波箔2和顶箔3构成。波箔和顶箔焊接在底板上，波箔和和顶箔的数量为8，顶箔的材质为镍基高温合金。顶箔涂有镍包石墨微粒润滑涂层，涂层的厚度为0.051mm镍包石墨微粒中镍与石墨的质量分数为7:3，镍包石墨微粒的粒度为70um。
本发明的耐磨箔片式动压止推气体轴承的制备方法为，过程为：①对顶箔喷涂镍包石墨微粒润滑涂层；②将底板（1）置于焊接操作台的工装上，装上波箔定位盘，波箔（2）放在波箔定位槽内进行焊接；③换上顶箔定位盘，顶箔（3）放在顶箔定位槽内进行焊接；④从定位工装上取下气体轴承，用涂镀层测厚仪对每片顶箔涂层厚度进行测量。顶箔喷涂镍包石墨微粒润滑涂层的步骤如下：
⑴将镍包石墨微粒的颗粒放进烘箱150°烘干4小时；
⑵将待喷涂的顶箔3放在超声波清洗机内进行清洗10分钟，对顶箔进行预热，预热温度165℃；
⑶采用氧-乙炔火焰粉末喷涂法在顶箔3上表面喷涂步骤⑴烘干后的镍包石墨微粒；氧-乙炔火焰粉末喷涂的工艺参数为：氧气压力0.3～0.6MPa,乙炔压力0.4～0.6MPa，空气压力0.3～0.5Mpa。
将喷涂镍包石墨微粒涂层的顶箔组焊为成品箔片式动压止推气体轴承，用专用涂镀层测厚仪对每片顶箔涂层厚度进行测试,求出每片顶箔上承载区涂层厚度的平均值，测试结果表明，涂层均值厚度在0.050-0.055mm之间，顶箔镍包石墨微粒润滑涂层的表面光洁度＜Ra0.8，涂层摩擦系数为0.25～0.35。经过5000次不间断启停，根据顶箔涂层磨损情况，预测该涂层能够达到1.5万次启停寿命要求。经过2万次不间断启停试验后，顶箔涂层磨损情况良好，在高倍显微镜下观察，未见疲劳磨损失效现象，剩余有效涂层厚度不小于0.02mm,该涂层达到了2万次启停寿命要求。
Claims (5)
1.一种耐磨箔片式动压止推气体轴承，由底板（1）、波箔（2）和顶箔（3）构成，波箔（2）和顶箔焊接在底板上，所述顶箔的材质为镍基高温合金，其特征是：所述顶箔涂有镍包石墨微粒润滑涂层，所述涂层的厚度为0.050～0.055mm， 所述镍包石墨微粒中镍与石墨的质量分数为5～8:5～2，镍包石墨微粒的粒度为60～80um。
2.根据权利1要求的耐磨箔片式动压止推气体轴承，其特征是：所述波箔和（2）和顶箔（3）的数量为4、6 、8或10。
3.根据权利1要求的耐磨箔片式动压止推气体轴承，其特征是：所述顶箔镍包石墨微粒润滑涂层的表面光洁度＜Ra0.8，所述涂层摩擦系数为0.25～0.35。
4.一种耐磨箔片式动压止推气体轴承的制备方法，过程为：①对顶箔喷涂镍包石墨微粒润滑涂层；②将底板（1）置于焊接操作台的工装上，装上波箔定位盘，波箔（2）放在波箔定位槽内进行焊接；③换上顶箔定位盘，顶箔（3）放在顶箔定位槽内进行焊接；④从定位工装上取下气体轴承，用涂镀层测厚仪对每片顶箔涂层厚度进行测量；其特征是：所述顶箔喷涂镍包石墨微粒润滑涂层的步骤如下：
⑴将镍包石墨微粒的颗粒放进烘箱150°烘干2～4小时；，
⑵将待喷涂的顶箔（3）放在超声波清洗机内进行清洗5～20分钟，对顶箔进行预热，预热温度150～180℃；
⑶采用氧-乙炔火焰粉末喷涂法在顶箔（3）上表面喷涂步骤⑴烘干后的镍包石墨微粒。
5.根据权利要求4所述的耐磨箔片式动压止推气体轴承的制备方法，其特征是：所述氧-乙炔火焰粉末喷涂的工艺参数为：氧气压力0.3～0.6MPa，乙炔压力0.4～0.6MPa，空气压力0.3～0.5Mpa。
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