CN104845708A

CN104845708A - 一种金属基镶嵌轴承的固体润滑材料及其制备方法

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Publication number: CN104845708A
Application number: CN201510146683.6A
Authority: CN
Inventors: 魏立群; 卢冬华; 戴志方; 肖壮; 徐军
Original assignee: Shanghai Institute of Technology
Current assignee: Shanghai Institute of Technology
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: CN104845708B

Abstract

本发明一种金属基镶嵌轴承的固体润滑材料，由聚四氟乙烯、鳞片石墨粉和铜粉组成，在固体润滑材料中，聚四氟乙烯的质量百分比为35%-90%，鳞片石墨粉的质量百分比为5%-40%，和铜粉的质量百分比为5%-60%。本发明还提供了上述固体润滑材料的制备方法，将聚四氟乙烯树脂粉料与鳞片石墨粉、铜粉烘干，然后混合，混合均匀后加人模腔中预压，从压模中取出压件，放入烧结炉中加热烧结，再冷却，从而形成以聚四氟乙烯为基的固体润滑材料。本发明的固体润滑材料，其工作温度能够达到300℃，正常工作时摩擦系数为0.20以下，pv值达到5.0(MPa·m/s)以上，并能有效吸附在金属基上，是可实现自润滑的新固体润滑材料。

Description

一种金属基镶嵌轴承的固体润滑材料及其制备方法

技术领域

本发明属于材料学领域，尤其涉及一种轴承，具体来说是一种金属基镶嵌轴承的固体润滑材料及其制备方法。

背景技术

金属基镶嵌固体自润滑轴承由于无需在使用过程中加入润滑剂，而是依靠金属基上镶嵌的固体润滑材料转移到摩擦副之间，形成润滑膜，实现自润滑。因而可以适应工作环境苛刻、灰尘大、注润滑油和冷却困难的工作环境。20世纪中叶开始研制这种自润滑轴承，并迅速发展。目前，我国研制使用的金属基镶嵌固体自润滑轴承，其基体材料主要使用铜及铜合金，其主要特点是摩擦系数比较低，但其承载能力不大；其镶嵌的固体润滑材料主要使石墨和二硫化钼，其粘结剂大多为环氧树脂，由此粘结而成的固体润滑材料无法承受高温下工作。即目前使用的金属基镶嵌固体自润滑轴承基本在承载的载荷大多在50MPa，工作温度一般在200℃以下工作。因此，不适应在冶金等行业的高温和高载荷恶劣环境下工作。

而冶金等行业所需的金属基镶嵌固体自润滑轴承基本要求是：金属基镶嵌自润滑固体轴承使用的表面载荷达到90MPa；轴承使用的工作温度能够达到300℃。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种金属基镶嵌轴承的固体润滑材料及其制备方法，所述的这种金属基镶嵌轴承的固体润滑材料及其制备方法要解决现有技术中的金属基镶嵌固体自润滑轴承不适应高温和高载荷恶劣环境下工作的技术问题。

本发明一种金属基镶嵌轴承的固体润滑材料，由聚四氟乙烯、鳞片石墨粉和铜粉组成，在所述的固体润滑材料中，聚四氟乙烯的质量百分比为35%-90%，鳞片石墨粉的质量百分比为5%-40%，和铜粉的质量百分比为5%-60%。

进一步的，所述的聚四氟乙烯的颗粒直径为20—60μm。

进一步的，所述的鳞片石墨粉的颗粒度为400~600目。

进一步的，所述的铜粉的颗粒度为在300~500目，颗粒形状为球形。

本发明还提供了上述金属基镶嵌轴承的固体润滑材料的制备方法，包括如下步骤：

1）一个固体润滑材料混合后预成型的步骤，在室温下，将聚四氟乙烯树脂粉料与鳞片石墨粉、铜粉烘干，然后按照重量比混合，混合均匀后加人模腔中，在压机上预压成密实的圆棒形状的制品，保压时间为1～10min；

2）一个烧结的步骤，从压模中取出压件，放入烧结炉中于360~380℃下进行加热烧结，在烧结的过程中，先加热升温，升温速度为25~35 ℃/ h，至300~350 ℃保温1~3h，再升温至360~380 ℃保温2~4h，使聚四氟乙烯由结晶态转变为非晶态，由分散的树脂颗粒通过扩散熔融而黏结成密集、连续的整体；

3）一个冷却的步骤，在冷却的过程中，以18~25 ℃/ h的冷却速度随炉冷却至室温，通过降温冷却使非晶态聚四氟乙烯又变成结晶型，从而形成以聚四氟乙烯为基的固体润滑材料。

进一步的，在一个固体润滑材料混合后预成型的步骤中，成型压力取决于聚四氟乙烯中填充的鳞片石墨粉和铜粉的含量比例，其中：鳞片石墨粉和铜粉的含量比例为10%～20%的成型压力为40MPa；含量比例为20%～40%的成型压力为60MPa；含量比例大于40%的成型压力为80MPa。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明是一种聚四氟乙烯(PTFE)为基，添加一定颗粒度和含量的鳞片石墨（C）粉和纯铜（Cu）粉的固体润滑材料，其工作温度能够达到300℃；正常工作时摩擦系数为0.20以下；pv值达到5.0( MPa·m/s )以上，并能有效吸附在金属基上，是可实现自润滑的新固体润滑材料。

具体实施方式

实施例1、原材料

1）聚四氟乙烯（PTFE）的树脂模压粉

选用悬浮聚四氟乙烯预烧结树脂为白色颗粒，具有良好的流动性，低摩擦系数，优良的热稳定性及突出的化学稳定性（符合HG/T2903-1997标准规定），其基本参数如表1所示。

表1 悬浮聚四氟乙烯（PTFE）结树脂的主要性能参数

2）纯铜粉

选用高纯铜粉，其颗粒形貌为球形状。添加的纯铜粉基本参数，如表2所示：

表2 高纯铜粉的主要性能参数

3）鳞片石墨粉

鳞片石墨粉具有良好的润滑性能，石墨鳞片尺寸越大，鳞片石墨粉粒度越小，鳞片石墨粉润滑效果就越好。选用的鳞片石墨粉基本参数，如表3所示。

表3 鳞片石墨粉的主要性能参数

实施例2、金属基镶嵌轴承固体润滑材料配方比例

固体润滑材的配方，按照重量百分数计，配方比例如表4所示。

表4 聚四氟乙烯（PTFE）为基的固体润滑材料配方比例

实施例3、金属基镶嵌轴承固体润滑材料的制备

固体润滑材料混合后冷压烧结成型，由预成型、烧结、冷却三个步骤组成。即在室温下，先将纯的聚四氟乙烯树脂粉料与鳞片石墨粉、纯铜粉等材料在120℃下烘干2hr，而后按配方比例混合，经机械搅拌混合均匀后加人模腔中，在压机上预压成密实的圆棒形状的制品。聚四氟乙烯（PTFE）填充制品的成型压力取决于聚四氟乙烯中填充的鳞片石墨粉和铜粉的含量比例，其中：鳞片石墨粉和铜粉的含量比例为10%～20%的成型压力为40MPa；含量比例为20%～40%的成型压力为60MPa；含量比例大于40%的成型压力为80MPa。保压时间1～10min。然后从压模中取出压件，放入烧结炉中于360~380℃下进行加热烧结，其烧结工艺为：加热升温速度30 ℃/ h，至330 ℃保温2h ，再升温至370 ℃保温3h，使聚四氟乙烯由结晶态转变为非晶态，由分散的树脂颗粒通过扩散熔融而黏结成密集、连续的整体。然后冷却，其冷却工艺为：以20 ℃/ h冷却速度随炉缓慢冷却，通过降温冷却使非晶态聚四氟乙烯又变成结晶型，从而形成以聚四氟乙烯为基固体润滑材料制品。

实施例4、金属基镶嵌轴承固体润滑材料试验参数

1）研制的固体润滑材料试验的的热膨胀系数，如表5所示。

表 5 研制的固体润滑材料试验的的热膨胀系数

（从室温至300℃的平均热膨胀系数）

2）研制的固体润滑材料试验的摩擦系数，如表6所示。

表6 研制的固体润滑材料试验的摩擦系数与温度关系

3）研制的固体润滑材料试验的磨损量，如表7所示。

表7 研制的固体润滑材料试验的磨损量（mg/min）、pv值与温度关系

实施例5、金属基镶嵌轴承固体润滑材料的发明实施例

1）：固体润滑材料的配方比例：60%PTFE+ 35%石墨粉+ 5%纯铜粉，其主要性能参数如表8所示。

表8 固体润滑材料主要性能参数

2）固体润滑材料的配方比例：40%PTFE+ 5%石墨粉+ 55%纯铜粉，其主要性能参数如表9所示。

表9 实施例之二的固体润滑材料主要性能参数

实施例6、研制的固体润滑材料试验结果说明（与纯聚四氟乙烯（PTFE）比较）

1）添加了石墨粉和纯铜粉的聚四氟乙烯（PTFE）复合固体润滑材料，随着试验温度的增加，其摩擦系数下降，这也反映了研制的固体润滑材料的高温润滑性能是比较突出。

2）本发明的固体润滑材料中，其摩擦系数均随着添加石墨粉和铜粉含量的增加有所增加，但石墨粉添加量的影响要小些，总的影响不大。

3）本发明的固体润滑材料，无论添加了石墨粉还是纯铜粉，其耐磨性明显改善和提高。这是由于石墨粉和纯铜粉一方面是一种增强材料，另一方面也是一种良好的润滑材料，在摩擦过程中起到增强这种聚四氟乙烯（PTFE）为基的固体润滑材料的耐磨性，同时，石墨粉很容易吸附或填充在磨面上形成一层润滑膜，起到润滑减磨作用；纯铜粉球状微颗粒能有效填充在磨面凹陷处，形成滚动摩擦效应，起到润滑减磨作用；合适的纯铜粉添加量对提高聚四氟乙烯（PTFE）为基的固体润滑材料抗磨损性能起到比较好的效果。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种金属基镶嵌轴承的固体润滑材料，其特征在于：由聚四氟乙烯、鳞片石墨粉和铜粉组成，在所述的固体润滑材料中，聚四氟乙烯的质量百分比为35%-90%，鳞片石墨粉的质量百分比为5%-40%，和铜粉的质量百分比为5%-60%。

2.根据权利要求1所述的一种金属基镶嵌轴承的固体润滑材料，其特征在于：所述的聚四氟乙烯的颗粒直径为20—60μm。

3.根据权利要求1所述的一种金属基镶嵌轴承的固体润滑材料，其特征在于：所述的鳞片石墨粉的颗粒度为400~600目。

4.根据权利要求1所述的一种金属基镶嵌轴承的固体润滑材料，其特征在于：所述的铜粉的颗粒度为在300~500目，颗粒形状为球形。

5.权利要求1所述的一种金属基镶嵌轴承的固体润滑材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

一个固体润滑材料混合后预成型的步骤，在室温下，将聚四氟乙烯树脂粉料与鳞片石墨粉、铜粉烘干，然后按照重量比混合，混合均匀后加人模腔中，在压机上预压成密实的圆棒形状的制品，保压时间为1～10min；

一个烧结的步骤，从压模中取出压件，放入烧结炉中于360~380℃下进行加热烧结，在烧结的过程中，先加热升温，升温速度为25~35 ℃/ h，至300~350 ℃保温1~3h，再升温至360~380 ℃保温2~4h；

一个冷却的步骤，在冷却的过程中，以18~25 ℃/ h的冷却速度随炉冷却至室温，从而形成以聚四氟乙烯为基的固体润滑材料。

6.根据权利要求5所述的一种金属基镶嵌轴承的固体润滑材料的制备方法，其特征在于：在一个固体润滑材料混合后预成型的步骤中，成型压力取决于聚四氟乙烯中填充的鳞片石墨粉和铜粉的含量比例，其中：鳞片石墨粉和铜粉的含量比例为10%～20%的成型压力为40MPa；含量比例为20%～40%的成型压力为60MPa；含量比例大于40%的成型压力为80MPa。