CN105782215A - 一种可降低摩擦异响的减磨垫片及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可降低摩擦异响的减磨垫片及其应用，属于机械零部件领域。该减磨垫片以低碳合金钢冷轧板材为基体，且低碳合金钢冷轧板材依次经碳氮共渗热处理和表面涂覆聚氟合物和/或尼龙11涂层处理。本发明提供的减磨垫片中涂层与基体之间的附着力强，并且该涂层具有优良的减磨、耐磨的效果。将该减磨垫片用于摩擦的接触面之间，随着摩擦时间的延长，其上的涂层不会发生脱落，保证其持久性，有效降低其与接触面之间的摩擦系数，降低黏着磨损，进而降低摩擦异响。尤其将该减磨垫片用于汽车领域，其能够有效缓解汽车驱动轴的固定端万向节端面与轮毂轴承的接触面之间产生的摩擦异响。
Description
技术领域
本发明涉及机械零部件领域，特别涉及一种可降低摩擦异响的减磨垫片及其应用。
背景技术
物体之间的接触面在相对较低的黏着滑移运动时可以产生摩擦异响，其中摩擦异响是物体接触面在相对滑动和载荷的作用下，由于黏着效应形成的黏着节点发生剪切断裂，而使断裂面产生振动并发生声音而产生的。摩擦异响的产生会造成噪音、机械零部件的磨损及失效等问题，其发生于多个领域，例如门窗、风扇、发动机等领域，尤其在汽车发动机领域，举例来说，汽车驱动轴的固定端万向节的端面与轮毂轴承的端面相接触，两者形成的接触面经常存在着严重的摩擦异响的现象，这不仅影响用户的使用舒适度和判断，还会降低汽车的使用寿命，所以有必要降低或避免摩擦异响的发生。
现有技术通过在物体的接触面上涂覆一层诸如二硫化钼之类的减磨剂，以作为减磨层，以此降低接触面之间的摩擦系数，降低或消除摩擦异响。
发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有技术中提供的减磨层随着接触面摩擦时间的延长，容易发生脱落，导致摩擦异响重新出现，其持久性较差。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种具有优良持久性的可降低摩擦异响的减磨垫片及其应用。所述技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种可降低摩擦异响的减磨垫片，所述减磨垫片以低碳合金钢冷轧板材作为基体，且所述低碳合金钢冷轧板材依次经碳氮共渗热处理和表面涂覆聚氟合物和/或尼龙11涂层处理后得到本发明实施例提供的减磨垫片。
具体地，作为优选，所述碳氮共渗热处理通过如下操作进行：将所述低碳合金钢冷轧板材置于碳氮共渗炉中，向所述碳氮共渗炉中通入煤油、乙醇、丙酮中至少一种，同时通入氨气，在500～650℃的温度下进行碳氮共渗处理1～8h。
具体地，作为优选，所述表面涂覆聚氟合物和/或尼龙11涂层处理通过如下操作进行：采用喷砂、抛丸、磷化处理中的至少一种对所述碳氮共渗热处理后的低碳合金钢冷轧板材进行表面预处理，然后将由聚氟合物和/或尼龙11构成的涂料涂覆在所述低碳合金钢冷轧板材上，并在40～60℃下干燥固化，得到聚氟合物和/或尼龙11涂层。
具体地，作为优选，所述聚氟合物和/或尼龙11涂层的厚度至少为8μm。
第二方面，本发明实施例提供了上述的减磨垫片在汽车领域中的应用。
第三方面，本发明实施例提供了一种用于汽车领域的减磨垫片组件，包括所述减磨垫片。
具体地，作为优选，所述减磨垫片组件包括：所述减磨垫片和多个弹性卡脚；所述减磨垫片呈圆环状，两个端面分别与汽车驱动轴的固定端万向节和轮毂轴承相接触；多个所述弹性卡脚设置在所述减磨垫片的内圆周上，构成一个弹性内圆，用于卡紧所述固定端万向节的尾部轴杆。
具体地，作为优选，所述减磨垫片的厚度为0.5mm～3.0mm。
具体地，作为优选，所述弹性卡脚至少为三个。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的可降低摩擦异响的减磨垫片，通过选用低碳合金钢冷轧板材材质作为基体，并对该低碳合金钢冷轧板材进行碳氮共渗热处理，然后在其表面涂覆一层聚氟合物和/或尼龙11涂层，如此设置可提高涂层与基体之间的附着力，并且该涂层具有优良的减磨、耐磨的效果。将该减磨垫片用于摩擦的接触面之间，随着摩擦时间的延长，其上的涂层不会发生脱落，保证其持久性，有效降低其与接触面之间的摩擦系数，降低黏着磨损，进而降低摩擦异响。尤其将其用于汽车领域，其能够有效缓解汽车驱动轴的固定端万向节端面与轮毂轴承的接触面之间产生的摩擦异响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的减磨垫片组件的俯视图；
图2是本发明又一实施例提供的减磨垫片组件与汽车驱动轴的固定端万向节和轮毂轴承的装配示意图。
其中，附图标记分别表示：
1减磨垫片组件，
101减磨垫片，
102弹性卡脚，
2固定端万向节，
3花键副，
4螺母，
5轮毂轴承，
6尾部轴杆。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
第一方面，本发明实施例提供了一种可降低摩擦异响的减磨垫片，该减磨垫片以低碳合金钢冷轧板材作为基体，且该低碳合金钢冷轧板材依次经碳氮共渗热处理和表面涂覆聚氟合物和/或尼龙11涂层处理后得到减磨垫片。
通过选用低碳合金钢冷轧板材作为基体，并使该基体进行碳氮共渗热处理，然后在其表面涂覆一层聚氟合物和/或尼龙11涂层，如此设置可提高涂层与基体之间的附着力，并且该涂层具有优良的减磨、耐磨的效果。将该减磨垫片用于摩擦的接触面之间，随着摩擦时间的延长，其上的涂层不会发生脱落，保证其持久性，有效降低其与接触面之间的摩擦系数，降低黏着磨损，进而降低摩擦异响。
本发明实施例中，减磨垫片的材质选用低碳合金钢冷轧板材，该类板材的屈服强度一般为310～345MPa，例如310MPa、320MPa、330MPa、340MPa等，保证了本发明实施例中减磨垫片能够承受较高的屈服强度，从而提高了减磨垫片的使用寿命。其中，在本发明实施例中，低碳合金钢冷轧板材优选包括以下质量百分含量的组分：C：0.03～0.05％、Si：0.10％～0.16％、Mn：0.01％～0.02％、P：0.010％～0.014％、S：0.04％～0.08％、Alt(即全铝)：0.020％～0.032％，更优选为C：0.04％、Si：0.16％、Mn：0.02％、P：0.014％、S：0.08％、Alt：0.032％。选用该类低碳合金钢冷轧板材能够承受一定的冲击力，具有高的冲击韧性，当本发明实施例中的减磨垫片受到冲击力时，不容易发生断裂。
在获得本发明实施例期望的可降低摩擦异响的减磨垫片的过程中，首先，对低碳合金钢冷轧板材进行表面碳氮共渗热处理，如此可以提高减磨垫片的硬度、耐磨性及疲劳强度。可以理解的是，碳氮共渗热处理为本领域常见的现有技术，例如其可以采用如下操作进行：
将低碳合金钢冷轧板材置于碳氮共渗炉中，向碳氮共渗炉中通入煤油、乙醇、丙酮中至少一种，同时通入氨气，在500～650℃的温度下进行碳氮共渗处理1～8h。其中，温度可以设置为500℃、550℃、600℃、650℃等，时间可以设置为1h、3h、5h、7h、8h等。减磨垫片经过上述碳氮共渗热处理后可以提高减磨垫片的硬度、耐磨性及疲劳强度。
可以理解的是，还可以采用液体碳氮共渗的方式对低碳合金钢冷轧板材进行碳氮共渗热处理，举例来说，可以采用盐浴碳氮共渗的方法对低碳合金钢冷轧板材进行碳氮共渗热处理，具体过程可以为：将清洗后的低碳合金钢冷轧板材浸入含氰酸根(CNO-)的盐浴中浸泡进行碳氮共渗，时间设置为15～180min，例如为：15min、35min、55min、75min、115min、135min等，温度设置为510～580℃，例如为510℃、520℃、530℃、550℃、570℃、580℃等；随后将碳氮共渗热处理后的低碳合金钢冷轧板材置于氧化装置中进行氧化，时间可以设置为10～20min，例如为：10min、14min、18min、20min等，温度可以设置为350～400℃，例如为：350℃、370℃、390℃、400℃等；最后采用机械振动的方式对上述低碳合金钢冷轧板材进行抛光处理。盐浴溶液中的氰酸根分解产生的活性原子渗入低碳合金钢冷轧板材的表面，可以形成耐磨性和抗腐蚀性很高的表面层状物；将碳氮共渗后的低碳合金钢冷轧板材进行氧化的目的主要是为了分解其表面的氰根(CN-)，提高其耐磨性；最后进行抛光的主要目的是为了消除经过碳氮共渗处理后的低碳合金钢冷轧板材表面的疏松层，提高其耐磨性。
待对低碳合金钢冷轧板材进行碳氮共渗热处理之后，然后对碳氮共渗热处理后的低碳合金钢冷轧板材进行表面涂覆聚氟合物和/或尼龙11涂层处理，具体地，该表面涂覆聚氟合物和/或尼龙11涂层处理可通过如下操作进行：采用喷砂、抛丸、磷化处理中的至少一种对碳氮共渗热处理后的低碳合金钢冷轧板材进行表面预处理，然后将由聚氟合物和/或尼龙11构成的涂料涂覆在低碳合金钢冷轧板材上，并在40～60℃下干燥固化，得到聚氟合物和/或尼龙11涂层。其中，对低碳合金钢冷轧板材进行表面预处理的目的主要是为了增加减磨垫片涂层与减磨垫片基体的附着力，保证涂层不容易脱落，提高减磨垫片的使用寿命。其中，将由聚氟合物和/或尼龙11构成的涂料涂覆在低碳合金钢冷轧板材上，干燥固化的温度设置为40～60℃，例如为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃等，干燥固化的时间设置为1～6h，例如为1h、2h、3h、4h、5h、6h等，如此可提高聚氟合物和/或尼龙11涂层与低碳合金钢冷轧板材之间的附着力。进一步地，聚氟合物和/或尼龙11涂层的厚度至少为8μm，例如为8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm等，优选为12μm。聚氟合物涂料和/或尼龙11涂层均可以使减磨垫片的摩擦系数降低，而且通过表面预处理后，涂层与减磨垫片的粘接力强、热稳定性好、耐磨、耐刮，可以降低减磨垫片与接触面之间产生的黏着磨损。
上述聚氟合物可以为聚四氟乙烯、聚氟乙烯、聚氟乙烯树脂等具有耐磨性的聚氟合物涂料。例如聚四氟乙烯在负荷为2MPa时的摩擦系数为0.11，磨损量为249mg，因此聚四氟乙烯涂料具有良好的耐磨性，优选将聚四氟乙烯涂料涂覆在低碳合金钢冷轧板材上，获得聚四氟乙烯涂层，使制得的减磨垫片具有减磨、耐磨的性能及高的使用寿命。
第二方面，本发明实施例提供了上述的减磨垫片在汽车领域中的应用，该减磨垫片可以应用在汽车领域中用来降低或消除摩擦异响的现象，例如可以应用在车门窗接触处、发动机驱动接触处、变速箱接触处、固定端万向节和轮毂轴承相接触处等。
第三方面，本发明实施例提供了一种可降低摩擦异响的减磨垫片组件，如附图1和附图2所示，该减磨垫片组件1包括：减磨垫片101和多个弹性卡脚102；减磨垫片101呈圆环状，减磨垫片101的两个端面分别与汽车驱动轴的固定端万向节2和轮毂轴承5相接触；多个弹性卡脚102设置在减磨垫片101的内圆周上，构成一个弹性内圆，用于卡紧固定端万向节2的尾部轴杆6。
其中，减磨垫片101的厚度为0.5mm～3.0mm，例如为0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm等，如此厚度的减磨垫片101可以在保证不影响原零件尺寸的前提下使用，达到减磨、耐磨的作用，从而降低或消除摩擦异响。
其中，弹性卡脚102至少为三个，例如为三个、四个、五个等，多个弹性卡脚102均匀分布在减磨垫片101的内圆周上，例如当采用3个弹性卡脚102的减磨垫片组件1时，相邻两个弹性卡脚102的中轴线之间的夹角为120°。
采用弹性卡脚102便于减磨垫片组件1的安装固定，可以起到两个接触面之间的弹性过渡配合的作用，保证减磨垫片101与接触面之间的圆心在同一条轴线上。更详细地，弹性卡脚102的材质可选自低碳合金钢冷轧板材、55号钢(气弹性模量一般为196～206)、合成橡胶、磷青铜(气弹性模量一般为110～115)中的至少一种，上述各种材料均能够发生形变，并在形变之后迅速恢复原形，这使弹性卡脚102具有能够卡紧接触的轴件的功能，从而固定本实施例的减磨垫片组件1。弹性卡脚102可以通过粘结剂或者固定螺栓的方式与减磨垫片101配合连接。
该减磨垫片组件1可用于汽车驱动轴的固定端万向节2的端面与轮毂轴承5端面的贴合处，其中，减磨垫片101的两个端面分别紧贴汽车驱动轴的固定端万向节2的端面和轮毂轴承5端面，三个弹性卡脚102用于卡紧固定端万向节2的尾部轴杆6。在应用过程中，固定端万向节2通过花键副3与轮毂花键连接，通过螺母4锁紧，轮毂轴承5与轮毂过盈配合。当固定端万向节2受到瞬间扭矩时，扭矩通过花键副3传递给轮毂，此时便会在轮毂轴承5与固定端万向节2端面贴合处产生粘着摩擦。应用该减磨垫片组件1后，可以降低汽车驱动轴的固定端万向节2的端面和轮毂轴承5端面之间的摩擦系数，进而降低摩擦异响。
以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。
实施例1
本实施例提供了一种可降低摩擦异响的减磨垫片，该减磨垫片选用低碳合金钢冷轧板材作为基体，其中，低碳合金钢冷轧板材包括以下质量百分含量的组分：C：0.04％、Si：0.16％、Mn：0.02％、P：0.014％、S：0.08％、Alt：0.032％。
将该基体置于碳氮共渗炉中进行碳氮共渗热处理，具体过程为：向置有基体的碳氮共渗炉中通入煤油，同时通入氨气，在500℃的温度下处理2h，即可完成碳氮共渗热处理。然后对碳氮共渗热处理后的基体表面进行喷砂处理，随后将聚氟乙烯涂料涂布在基体上，获得厚度为12μm的聚氟乙烯涂层，并置于40℃的干燥箱中干燥3h，制得本实施例期望的减磨垫片。
按照GB/T9286-1998标准对减磨垫片上聚氟乙烯涂层的附着力进行试验，结果显示，该聚氟乙烯涂层的附着力为3级，不容易脱落。可见，该减磨垫片可用于存在摩擦的接触面之间，随着摩擦时间的延长，其上的涂层不容易发生脱落，能够保证其持久性，有效降低其与接触面之间的摩擦系数，降低黏着磨损，进而降低摩擦异响。
实施例2
本实施例提供了一种可降低摩擦异响的减磨垫片，该减磨垫片选用低碳合金钢冷轧板材作为基体，其中，低碳合金钢冷轧板材包括以下质量百分含量的组分：C：0.02％、Si：0.14％、Mn：0.01％、P：0.012％、S：0.07％、Alt：0.030％。
将该基体置于碳氮共渗炉中进行碳氮共渗热处理，具体过程为：向置有基体的碳氮共渗炉中通入丙酮，同时通入氨气，在450℃的温度下处理1h，即可完成碳氮共渗热处理。然后对碳氮共渗热处理后的基体表面进行喷砂处理，随后将聚四氟乙烯涂料涂布在基体上，获得厚度为13μm的聚四氟乙烯涂层，并置于50℃的干燥箱中干燥2h，制得本实施例期望的减磨垫片。
按照GB/T9286-1998标准对减磨垫片上聚四氟乙烯涂层的附着力进行试验，结果显示，该聚四氟乙烯涂层的附着力为2级，不容易脱落。可见，该减磨垫片可用于存在摩擦的接触面之间，随着摩擦时间的延长，其上的涂层不容易发生脱落，能够保证其持久性，有效降低其与接触面之间的摩擦系数，降低黏着磨损，进而降低摩擦异响。
实施例3
本实施例提供了一种可降低摩擦异响的减磨垫片，该减磨垫片选用低碳合金钢冷轧板材作为基体，其中，低碳合金钢冷轧板材包括以下质量百分含量的组分：C：0.03％、Si：0.15％、Mn：0.03％、P：0.010％、S：0.06％、Alt：0.028％。
通过将该基体浸入含氰酸根(CNO-)的盐浴中浸泡30min，温度设置为520℃，进行碳氮共渗热处理，随后将其置于氧化装置中氧化15min，温度设置为350℃。然后对碳氮共渗热处理后的基体表面进行抛丸处理，之后将尼龙11涂料涂布在基体上，获得厚度为15μm的尼龙11涂层，并置于48℃的干燥箱中干燥3h，制得本实施例期望的减磨垫片。
按照GB/T9286-1998标准对减磨垫片上尼龙11涂层的附着力进行试验，结果显示，该尼龙11涂层的附着力为4级，不容易脱落。可见，该减磨垫片可用于存在摩擦的接触面之间，随着摩擦时间的延长，其上的涂层不容易发生脱落，能够保证其持久性，有效降低其与接触面之间的摩擦系数，降低黏着磨损，进而降低摩擦异响。
实施例4
本实施例分别利用实施例1-实施例3提供的减磨垫片，制备得到3个结构相同的第一减磨垫片组件，第二减磨垫片组件和第三减磨垫片组件。如附图1及附图2所示，以上各减磨垫片组件1包括：减磨垫片101和三个弹性卡脚102。三个弹性卡脚102设置在减磨垫片101的内圆周上，构成一个弹性内圆，且相邻两个弹性卡脚102的中轴线之间的夹角为120°。
然后，将上述制备得到的三个减磨垫片组件1分别用于汽车驱动轴的固定端万向节2的端面与轮毂轴承5端面的贴合处，其中，减磨垫片101的两个端面分别紧贴汽车驱动轴的固定端万向节2的端面和轮毂轴承5端面，三个弹性卡脚102用于卡紧固定端万向节2的尾部轴杆6。然后，通过测试车驱动轴的固定端万向节2的端面与轮毂轴承5端面之间的接触面的摩擦系数，来对减磨垫片组件1的减磨效果进行测定。
结果显示，利用实施例1提供的减磨垫片101制备得到的第一减磨垫片组件1可以使汽车驱动轴的固定端万向节2的端面与轮毂轴承5端面之间的接触面的摩擦系数降低75％，与未设置第一减磨垫片组件1之前相比，该汽车驱动轴的固定端万向节2的端面与轮毂轴承5端面之间的耐磨性增强了5倍。
利用实施例2提供的减磨垫片101制备得到的第二减磨垫片组件1可以使汽车驱动轴的固定端万向节2的端面与轮毂轴承5端面之间的接触面的摩擦系数降低60％，与未增加第二减磨垫片组件1之前相比，该汽车驱动轴的固定端万向节2的端面与轮毂轴承5端面之间的耐磨性增强了4倍。
利用实施例3提供的减磨垫片101制备得到的第三减磨垫片组件1可以使汽车驱动轴的固定端万向节2的端面与轮毂轴承5端面之间的接触面的摩擦系数降低80％，与未增加该减磨垫片组件1之前相比，该汽车驱动轴的固定端万向节2的端面与轮毂轴承5端面之间的耐磨性增强了6倍。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可降低摩擦异响的减磨垫片，其特征在于，所述减磨垫片以低碳合金钢冷轧板材作为基体，且所述低碳合金钢冷轧板材依次经碳氮共渗热处理和表面涂覆聚氟合物和/或尼龙11涂层处理后得到所述减磨垫片。
2.根据权利要求1所述的减磨垫片，其特征在于，所述碳氮共渗热处理通过如下操作进行：将所述低碳合金钢冷轧板材置于碳氮共渗炉中，向所述碳氮共渗炉中通入煤油、乙醇、丙酮中至少一种，同时通入氨气，在500～650℃的温度下进行碳氮共渗处理1～8h。
3.根据权利要求1所述的减磨垫片，其特征在于，所述表面涂覆聚氟合物和/或尼龙11涂层处理通过如下操作进行：采用喷砂、抛丸、磷化处理中的至少一种对所述碳氮共渗热处理后的低碳合金钢冷轧板材进行表面预处理，然后将由聚氟合物和/或尼龙11构成的涂料涂覆在所述低碳合金钢冷轧板材上，并在40～60℃下干燥固化，得到聚氟合物和/或尼龙11涂层。
4.根据权利要求1所述的减磨垫片，其特征在于，所述聚氟合物和/或尼龙11涂层的厚度至少为8μm。
5.权利要求1-4任一项的所述减磨垫片在汽车领域中的应用。
6.一种用于汽车领域的减磨垫片组件，包括权利要求1-4任一项的所述减磨垫片。
7.根据权利要求6所述的减磨垫片组件，其特征在于，所述减磨垫片组件包括：所述减磨垫片和多个弹性卡脚；所述减磨垫片呈圆环状，两个端面分别与汽车驱动轴的固定端万向节和轮毂轴承相接触；
多个所述弹性卡脚设置在所述减磨垫片的内圆周上，构成一个弹性内圆，用于卡紧所述固定端万向节的尾部轴杆。
8.根据权利要求7所述的减磨垫片组件，其特征在于，所述减磨垫片的厚度为0.5mm～3.0mm。
9.根据权利要求7所述的减磨垫片组件，其特征在于，所述弹性卡脚至少为三个。
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