CN106079771A - 一种减振耐磨自润滑轴套及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减振耐磨自润滑轴套及其制备方法。该减振耐磨自润滑轴套由外向里由金属基体、中间结合层和工作层组成。其中工作层材料的各成分质量百分含量为：聚甲醛65～75％，聚四氟乙烯10～20％，铜粉2～5％，碳纤维7～13％，二硫化钼3％；中间结合层材料的各成分质量百分含量为：环氧树脂80～90％，硅烷偶联剂10～20％；金属基体的材料为45#钢、铝合金或铜合金中的一种。本发明所述的减振耐磨自润滑轴套，具有优异的耐磨性、自润滑性、耐疲劳性、抗冲击性、热传导性以及抗蠕变性，可以适用于工作温度高、粉尘大、载荷重等特殊工况下机械设备部件的自润滑，另外，本发明轴套生产周期短、成本低，轴套材料对环境无污染，是一种环保型产品。

Description

一种减振耐磨自润滑轴套及其制备方法
技术领域
本发明涉及轴套领域，具体而言，尤其涉及到一种减振耐磨自润滑轴套及其制备方法。
背景技术
轴套有轴类零件“保险丝”之称，对轴类零件有降噪，减震，降低磨损，延长寿命的重要作用。随着机械工业、汽车工业、航空航天工业、食品机械等行业的快速发展，对各类轴套具有减振、耐磨以及自润滑性能要求越来越高。在机械运行中，通常采用的降低轴套摩擦系数和延长轴套使用寿命的方法有以下几种：1、在金属轴套的接触摩擦表面涂上润滑油以达到减小摩擦的目的，但是在高温、高压等苛刻环境下工作时，会产生腐蚀性的气体，限制了轴套的使用工况，并对环境产生不利的影响。2、在烧结有青铜粉层的金属轴套基材上复合一层自润滑塑料，可以满足金属与塑料间自润滑性能、较强的结合强度、耐高温性能，但是制造工艺复杂，而且铜资源在我国相对于铁资源的广泛性来说属于稀少资源，应节约使用。3、在金属轴套基材表面加工多个凹腔来存储润滑脂或固体润滑剂，可以满足耐热和自润滑的特性，但凹腔的产生会减弱轴套的强度，并且制造工艺复杂，裸露的金属表面还容易划伤对摩表面，对整个机械设备的正常运行造成严重影响。
发明内容
本发明的第一个目的是克服上述现有技术的问题，提供一种以混合塑料与金属牢固结合、机械强度高、耐磨性能好、摩擦系数低、耐冲击性好的金属塑料复合轴套。
本发明的第二个目的是提供该减振耐磨自润滑轴套的制备方法。
为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明的技术方案是：一种减振耐磨自润滑轴套，所述的减振耐磨自润滑轴套由外向里由金属基体、中间结合层和工作层组成；所述工作层材料的各成分质量百分含量为：聚甲醛65～75％，聚四氟乙烯10～20％，铜粉2～5％，碳纤维7～13％，二硫化钼3％；中间结合层材料的各成分质量百分含量为：环氧树脂80～90％，硅烷偶联剂10～20％。
进一步的，所述金属基体的材料为45#钢或铝合金或铜合金。
进一步的，所述聚甲醛粒度为30μm，密度为1.5g/cm3；聚四氟乙烯的粒度为10μm，密度为2.18g/cm3；铜粉的粒度为5μm，密度为3.52g/cm3；碳纤维的粒度为30～40μm；二硫化钼的粒度为30～50μm。
进一步的，所述的中间结合层厚度在0.1～0.2mm。
所述减振耐磨自润滑轴套的制备方法如下：
a)首先对金属基体进行超声波清洗，时间为15～20min，，以去除金属基体表面的灰尘、油污和氧化物；
b)对将步骤a)中金属基体内表面进行喷砂处理，喷砂粒径为20～80目石英砂，喷砂压力为0.8MPa，喷砂时间为5～10s，喷砂结束对金属基体进行水洗，水洗结束对金属基体进行烘干，其中喷砂的效果是让金属基体露出新鲜的表面，获得一定的清洁度和粗糙度，使金属基体表面与中间结合层间的实际面积增加，增加金属基体和中间结合层的结合力；其中喷砂的效果是让金属基体露出新鲜的表面，获得一定的清洁度和粗糙度，使金属基体表面与中间结合层间的实际面积增加，增加金属基体和中间结合层的结合力；
c)按质量百分含量的配比，将中间结合层材料混合均匀，并在步骤b)中金属基体内表面喷涂上厚度在0.1～0.2mm的中间结合层；
d)按质量百分含量的配比，将工作层材料混合均匀并干燥；
e)将步骤c)处理过的金属基体放入注塑机模具型腔中，并将步骤d)中的工作层混合料填充至注塑机料斗中，注塑机参数设定为：金属基体预热温度为100～120℃，料斗末端温度设定为250～350℃，注塑压力设定为90～110Mpa，注塑保压压力设定为30～50Mpa，保压时间为15～30min，在注塑机上螺杆的推动下，使混合料受到一定的注射压力,并填充到装有金属基体的模具型腔内，最后在保压条件下冷却使模具温度将到120℃左右脱模。
本发明具有以下有益效果:
本发明增加中间结合层作为过渡，利用中间结合层与金属基体、工作层强大的结合力，使金属基体、中间结合层、工作层牢牢结合；本发明轴套工作层混合料加热保温一定时间后直接进行注射成形，生产效率比较高，可以实现自动化控制，提高了效率，降低了成本。本发明所述的减振耐磨自润滑轴套，可以适用于工作温度高、粉尘大、载荷重等特殊工况下机械设备部件的自润滑；本发明轴套材料生产工艺简单，各部位结合牢固，便于加工，特别有利于需要自润滑的精密部件的加工。另外，本发明轴套生产周期短，有利于降低生产成本，提高生产效率。本发明所述的减振耐磨自润滑轴套材料对环境无污染，是一种环保型产品。其具体原因是：
1.本发明工作层中的聚甲醛是一种性能优良的工程塑料，在国外有“夺钢”、“超钢”之称。聚甲醛具有类似金属的硬度、强度和钢性，很好的抗蠕变特性、几何稳定性和抗冲击特性，在很宽的温度和湿度范围内都具有很好的自润滑性、耐疲劳性，并有较好的耐化学品性。
2.本发明工作层中的聚四氟乙烯具有非常好的自润滑性、耐磨性好、化学稳定性好和良好的耐高低温性能，并具有极低的摩擦系数，静摩擦系数可达0.04，是已知的可实用的滑动材料中摩擦系数最小的，聚四氟乙烯的加入大幅度降低了轴套工作层的摩擦系数，改善了轴套工作层的润滑性能，提高了轴套工作层的耐磨性能，使轴套工作层表面转移膜更加均匀，磨屑颗粒细化,磨屑数量明显减少。
3、本发明工作层中铜粉的加入可以有效地提高轴套工作层材料的热导率,增强轴套工作层材料的钢性，而且铜粉的添加降低了轴套工作层材料的摩擦系数和磨损率；本发明工作层中碳纤维和二硫化钼加入，降低了轴套工作层的吸水率，进一步提升了轴套工作层的摩擦学性能、润滑性和极压性，使轴套工作层具有更好的抗蠕变、耐压缩以及热传导性。
4、本发明金属基体采用特定喷砂工艺加工，使中间结合层与金属基体表面间的实际面积增加，增强了中间结合层与金属基体的结合性能。
5、本发明中间结合层中的环氧树脂，特别是对金属表面具有非常强的粘附力，耐热性好，制品尺寸稳定性好，电绝缘性好，变形收缩率小，化学稳定性，力学性能好，柔韧性好。
6、本发明中间结合层中硅烷偶联剂上的活性基团与工作层中树脂分子链发生作用，具有很强的界面结合性，而且硅烷偶联剂与金属表面有非常强的界面结合性，从而大大增加中间结合层与金属基体、工作层的结合力，硅烷偶联剂还可以提高复合材料的拉伸强度与耐腐蚀性等性能。
附图说明
图1是本发明的减振耐磨自润滑轴套组成结构示意图。
附图标记说明如下：
1-金属基体；2-中间结合层；3-工作层。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，减振耐磨自润滑轴套由外向里由金属基体1、中间结合层2和工作层3组成。其中工作层3材料的各成分质量百分含量为：聚甲醛65～75％，聚四氟乙烯10～20％，铜粉2～5％，碳纤维7～13％，二硫化钼3％；中间结合层2材料的各成分质量百分含量为：环氧树脂80～90％，硅烷偶联剂10～20％；金属基体1的材料为45#钢、铝合金或铜合金中的一种。
本发明所用的聚甲醛的粒度为30μm，密度为1.5g/cm3；聚四氟乙烯的粒度为10μm，密度为2.18g/cm3；铜粉的粒度为5μm，密度为3.52g/cm3；碳纤维的粒度为30～40μm；二硫化钼的粒度为30～50μm。
以下通过3个实施例再具体说明本发明：
实施例1:
本实施例的减振耐磨自润滑轴套材料的成分及制备步骤如下：
a)工作层3材料的各成分质量百分含量为：聚甲醛65％，聚四氟乙烯20％，铜粉4％，碳纤维8％，二硫化钼3％；中间结合层2材料的各成分质量百分含量为：环氧树脂90％，硅烷偶联剂10％；金属基体1的材料为45#钢。
b)对金属基体1进行超声波清洗，时间为15min，以去除金属基体1表面的灰尘、油污和氧化物；
c)对将步骤b)中金属基体1内表面进行喷砂处理，喷砂粒径为20目石英砂，喷砂压力为0.8MPa，喷砂时间为8s，喷砂结束对金属基体1进行水洗，水洗结束将金属基体1放入电热恒温干燥箱进行烘干，其中喷砂的效果是让金属基体1露出新鲜的表面，获得一定的清洁度和粗糙度，使金属基体1表面与中间结合层2间的实际面积增加，增加金属基体1和中间结合层2的结合力；
d)按质量百分含量的配比，将中间结合层2材料投至混料器搅拌混合均匀，并在步骤c)中金属基体1内表面喷涂上厚度在0.2mm的中间结合层2；
e)按质量百分含量的配比，将工作层3材料投至混料器搅拌混合均匀，并放入电热恒温干燥箱进行干燥；
f)将步骤d)处理过的金属基体1放入注塑机模具型腔中，并将步骤e)中的工作层3混合料填充至注塑机料斗中进行注塑成型，注塑机参数设定为：金属基体1预热温度为100℃，料斗末端温度设定为280℃，注塑压力设定为90Mpa，注塑保压压力设定为30Mpa，保压时间为15min，最后在保压条件下冷却，并采用自然冷却的方法，使模具温度下降到120℃左右脱模。
经上述工艺制备的轴套使用温度为-50～230℃，摩擦系数为0.11～0.16，磨损率为1.2～1.8×10-6mm3/N.m。
实施例2:
本实施例的减振耐磨自润滑轴套材料的成分及制备步骤如下：
a)工作层3材料的各成分质量百分含量为：聚甲醛70％，聚四氟乙烯15％，铜粉2％，碳纤维10％，二硫化钼3％；中间结合层2材料的各成分质量百分含量为：环氧树脂85％，硅烷偶联剂15％；金属基体1的材料为45#钢。
b)对金属基体1进行超声波清洗，时间为20min，以去除金属基体1表面的灰尘、油污和氧化物；
c)对将步骤b)中金属基体1内表面进行喷砂处理，喷砂粒径为40目石英砂，喷砂压力为0.8MPa，喷砂时间为8s，喷砂结束对金属基体1进行水洗，水洗结束将金属基体1放入电热恒温干燥箱进行烘干，其中喷砂的效果是让金属基体1露出新鲜的表面，获得一定的清洁度和粗糙度，使金属基体1表面与中间结合层2间的实际面积增加，增加金属基体1和中间结合层2的结合力；
d)按质量百分含量的配比，将中间结合层2材料投至混料器搅拌混合均匀，并在步骤c)中金属基体1内表面喷涂上厚度在0.2mm的中间结合层2；
e)按质量百分含量的配比，将工作层3材料投至混料器搅拌混合均匀，并放入电热恒温干燥箱进行干燥；
f)将步骤d)处理过的金属基体1放入注塑机模具型腔中，并将步骤e)中的工作层3混合料填充至注塑机料斗中进行注塑成型，注塑机参数设定为：金属基体1预热温度为110℃，料斗末端温度设定为310℃，注塑压力设定为105Mpa，注塑保压压力设定为40Mpa，保压时间为20min，最后在保压条件下冷却，并采用自然冷却的方法，使模具温度下降到120℃左右脱模。
经上述工艺制备的轴套使用温度为-50～230℃，摩擦系数为0.09～0.14，磨损率为0.7～1.4×10-6mm3/N.m。
实施例3:
本实施例的减振耐磨自润滑轴套材料的成分及制备步骤如下：
a)工作层3材料的各成分质量百分含量为：聚甲醛75％，聚四氟乙烯10％，铜粉5％，碳纤维7％，二硫化钼3％；中间结合层2材料的各成分质量百分含量为：环氧树脂80％，硅烷偶联剂20％；金属基体1的材料为45#钢。
b)对金属基体1进行超声波清洗，时间为20min，以去除金属基体1表面的灰尘、油污和氧化物；
c)对将步骤b)中金属基体1内表面进行喷砂处理，喷砂粒径为80目石英砂，喷砂压力为0.8MPa，喷砂时间为10s，喷砂结束对金属基体1进行水洗，水洗结束将金属基体1放入电热恒温干燥箱进行烘干，其中喷砂的效果是让金属基体1露出新鲜的表面，获得一定的清洁度和粗糙度，使金属基体1表面与中间结合层2间的实际面积增加，增加金属基体1和中间结合层2的结合力；
d)按质量百分含量的配比，将中间结合层2材料投至混料器搅拌混合均匀，并在步骤c)中金属基体1内表面喷涂上厚度在0.1mm的中间结合层2；
e)按质量百分含量的配比，将工作层3材料投至混料器搅拌混合均匀，并放入电热恒温干燥箱进行干燥；
f)将步骤d)处理过的金属基体1放入注塑机模具型腔中，并将步骤e)中的工作层3混合料填充至注塑机料斗中进行注塑成型，注塑机参数设定为：金属基体1预热温度为120℃，料斗末端温度设定为330℃，注塑压力设定为110Mpa，注塑保压压力设定为50Mpa，保压时间为30min，最后在保压条件下冷却，并采用自然冷却的方法，使模具温度下降到120℃左右脱模。
经上述工艺制备的轴套使用温度为-50～230℃，摩擦系数为0.12～0.17，磨损率为1.5～2.1×10-6mm3/N.m。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种减振耐磨自润滑轴套，其特征在于，所述的减振耐磨自润滑轴套由外向里由金属基体(1)、中间结合层(2)和工作层(3)组成；所述工作层(3)材料的各成分质量百分含量为：聚甲醛65～75％，聚四氟乙烯10～20％，铜粉2～5％，碳纤维7～13％，二硫化钼3％；中间结合层(2)材料的各成分质量百分含量为：环氧树脂80～90％，硅烷偶联剂10～20％。
2.根据权利要求1所述的减振耐磨自润滑轴套，其特征在于，所述金属基体(1)的材料为45#钢或铝合金或铜合金。
3.根据权利要求1所述的减振耐磨自润滑轴套，其特征在于，所述聚甲醛粒度为30μm，密度为1.5g/cm3；聚四氟乙烯的粒度为10μm，密度为2.18g/cm3；铜粉的粒度为5μm，密度为3.52g/cm3；碳纤维的粒度为30～40μm；二硫化钼的粒度为30～50μm。
4.根据权利要求1所述的减振耐磨自润滑轴套，其特征在于，所述的中间结合层(2)厚度在0.1～0.2mm。
5.根据权利要求1至4任一项所述的减振耐磨自润滑轴套的制备方法,其特征在于，包括如下步骤：
步骤a)首先对金属基体(1)进行超声波清洗，时间为15～20min，以去除金属基体(1)表面的灰尘、油污和氧化物；
步骤b)对将步骤a)中得到的金属基体(1)内表面进行喷砂处理，喷砂粒径为20～80目石英砂，喷砂压力为0.8MPa，喷砂时间为5～10s，喷砂结束对金属基体(1)进行水洗，水洗结束对金属基体(1)进行烘干；
步骤c)对中间结合层(2)材料进行质量百分含量的配比，并将步骤b)得到的金属基体(1)内表面喷涂上厚度在0.1～0.2mm的中间结合层(2)材料；
步骤d)对工作层(3)材料进行质量百分含量的配比：将工作层(3)材料投至混料器搅拌混合均匀，并放入电热恒温干燥箱进行干燥；
步骤e)将步骤c)处理过的金属基体(1)放入注塑机模具型腔中，并将步骤d)中的工作层(3)混合料填充至注塑机料斗中进行注塑成型，注塑机参数设定为：金属基体(1)预热温度为100～120℃，料斗末端温度设定为250～350℃，注塑压力设定为90～110Mpa，注塑保压压力设定为30～50Mpa，保压时间为15～30min，最后在保压条件下冷却，并采用自然冷却的方法，使模具温度下降到120℃左右脱模。
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