CN108775340B - 填充固化固体润滑材料自润滑轴承及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自润滑轴承领域，具体是填充固化固体润滑材料自润滑轴承及其制备方法。在金属基体上预先加工的孔，在孔中填充填充物，经过时效及固化处理，将二者结合成为一个整体作为自润滑轴承；填充物由如下组份配比而成：粘结剂30%～35%，固体润滑材料50%～60%，固化剂10%～15%。室温下，将填充物制备成粘稠状的膏体，填充入自润滑轴承的孔内，室温下静置8h以上，放入真空干燥箱，进行加热固化处理，然后随炉冷却到室温。固体润滑材料在轴承基体孔内粘接牢固，表面具有良好的均匀性和致密性，在400℃高温下，固体润滑材料仍能长时间稳定在自润滑轴承金属基体孔内不熔融或脱落。

Description

填充固化固体润滑材料自润滑轴承及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种主要用于食品、纺织、化工、冶金、煤炭、水利、运输等行业，适用于滑动轴承领域，具体涉及一种填充固化固体润滑材料自润滑轴承及其制备方法。

背景技术

由于摩擦特性限制，普通液体润滑轴承不能适应高温、重载、高粉尘、难于润滑或无法润滑等特殊工况的要求，而自润滑技术轴承能够实现无油润滑，完全突破了油脂润滑的局限性。镶嵌式自润滑轴承的轴套材料一般为钢基、铜基、锌基和复合非金属基等材料。由于成本低且摩擦学性能优良，钢基和铜基自润滑轴承应用非常广泛。在金属基体上预先加工出一定面积比例的孔，在其中嵌入以聚四氟乙烯或石墨为主体的固体润滑柱，将二者结合成为一个整体作为自润滑轴承使用。以聚四氟乙烯为基体的固体润滑柱主要成分为聚四氟乙烯，其中添加了少量的石墨粉和纯铜粉，经过压制、烧结成型，该种材料有较好的弹塑性，摩擦系数低，但其耐温性能较差；以石墨为主体的固体润滑柱主要成分为石墨粉，添加一定量的沥青和沥青胶等，经过压制、高温焙烧成型，此方法制备的固体润滑柱耐温性能有了很大的提高，但是其弹塑性较差，容易破裂。

传统的镶嵌式自润滑轴承制备方法是依靠人工方法，通过锤头将固体润滑柱钉入轴承基体的孔内，轴套上孔径尺寸略小于润滑柱的直径尺寸，靠过盈配合使其固定在轴承基体的孔中。对于聚四氟乙烯型固体润滑柱的嵌入，一方面由于轴套的钻孔加工的尺寸精度不高，孔径误差大，如果孔径过大会导致润滑柱脱落，如果孔径过小则难于镶嵌；对于石墨型固体润滑柱，由于其弹塑性较差，锤击力过大会造成表面或整体破裂，导致制造成本增加。

将固体润滑材料粉末通过粘结方式填充到自润滑轴承基体的孔中，经过时效处理和固化处理，使固体润滑材料和轴承基体结合成为一个整体，制作过程简单方便，大大节省原材料。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述已有技术存在的缺点，提供一种改进的填充固化固体润滑材料自润滑轴承及其制备方法，形成适合于在高温、高粉尘、大载荷和无油润滑等环境下使用，具有突出润滑效果和一定耐温性能的自润滑轴承。

一种填充固化固体润滑材料自润滑轴承，采用如下技术方案：

一种填充固化固体润滑材料自润滑轴承，在钢基或铜基金属基体上预先加工好占金属基体总表面积10%～40%的孔，在孔中置入填充物，经过时效及固化处理，将二者结合成为一个整体的自润滑轴承；填充物由如下组份按质量百分比配比而成：粘结剂30%～35%，固体润滑材料50%～60%，固化剂10%～15%。

上述自润滑轴承，与现有技术相比，具有良好的摩擦磨损特性，润滑性能和耐温性能优良，生产效率大大提高，生产成本显著降低。

填充固化固体润滑材料自润滑轴承的优选方案是：

粘结剂由如下组份按质量百分比配比而成：磷酸和氢氧化铝的混合液60%～70%，聚氨酯改性环氧树脂30%～40%。

固体润滑材料由如下组份按质量百分比配比而成：可膨胀石墨粉30%～70%，二硫化钨粉30%～70%。

固化剂由如下组份按质量百分比配比而成：氧化铜60%～70%，间苯二甲胺30%～40%。

粘接剂中的磷酸和氢氧化铝两者的质量比3.41：1。

钢基自润滑轴承基体硬度为30～40HRC。

铜基自润滑轴承基体硬度高于200HB。

填充固化固体润滑材料自润滑轴承的制备方法，按如下步骤进行：

a、基体加工：

在车床上对钢基或铜基自润滑轴套内外圆表面进行粗加工，在钻床上钻出占占金属基体总表面积10%～40%的孔；

b、粘结剂制备：

室温下，将磷酸和氢氧化铝按比例混合，搅拌均匀后静置1h以上，加入聚氨酯改性环氧树脂充分搅拌；

c、固体润滑材料混合：

室温下，将可膨胀石墨粉和二硫化钨粉按比例称量混合；

d、膏体制备：

将固体润滑材料加入到粘结剂中搅拌，均匀后依次加入氧化铜和间苯二甲胺充分搅拌，均匀后形成粘稠状的膏体；

e、膏体填充：

将制备的膏体压入自润滑轴承基体上的孔内，挤压紧实；

f、时效处理：

将填充固体润滑材料、粘结剂和固化剂的自润滑轴承在空气中常温静置8h以上；

g、固化处理：

将时效处理后的自润滑轴承放入真空干燥箱中进行真空固化处理，升温速率60～100℃/h，当温度加热到120～130℃后保温1.5～2h，然后随炉冷却到室温；

h、表面精车：

在数控车床上对自润滑轴承进行内外圆表面精车，钢基自润滑轴承内外圆表面粗糙度值低于Ra3.2，铜基自润滑轴承内外圆表面粗糙度值达到Ra1.6。

采用上述制备方法的本发明与现有技术相比，具有良好的摩擦磨损特性，润滑性能和耐温性能优良，生产效率大大提高；生产效率提高2倍以上；轴承在工作温度300℃左右可连续平稳运行，在400℃高温下，固体润滑材料仍能长时间稳定在自润滑轴承金属基体孔内不熔融或脱落。

制备方法的优选方案是：

将磷酸和氢氧化铝按质量比为3.41：1的比例混合均匀后静置1h，取占质量比60%的磷酸和氢氧化铝混合液和占质量比40%聚氨酯改性环氧树脂混合，搅拌均匀后制备成粘结剂；

70%的可膨胀石墨粉和30%的二硫化钨粉混合形成固体润滑材料；

60%的氧化铜和占质量比40%的间苯二甲胺组成固化剂；

30%的粘结剂、60%的固体润滑材料和10%的固化剂混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入自润滑轴承基体上的孔内，挤压紧实；

将填充固体润滑材料、粘结剂和固化剂的自润滑轴承在常温下空气中静置8h；

将自润滑轴承放入真空干燥箱中进行真空固化处理，升温速率60℃/h，当温度加热到120℃后保温2h，然后随炉冷却到室温；

在数控车床上对自润滑轴承进行内外圆表面精车。

将磷酸和氢氧化铝按比例混合均匀后静置1h，磷酸和氢氧化铝的质量比为3.41：1， 70%的磷酸和氢氧化铝混合液和30%的聚氨酯改性环氧树脂按比例混合，搅拌均匀后制备成粘结剂； 30%的可膨胀石墨粉和70%的二硫化钨粉混合形成固体润滑材料； 70%的氧化铜和30%的间苯二甲胺组成固化剂；35%的粘结剂、50%的固体润滑材料和15%的固化剂混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入自润滑轴承基体上的孔内，挤压紧实。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明：

实施例1：

一种填充固化固体润滑材料自润滑轴承，在钢基或铜基金属基体上预先加工好占金属基体总表面积40%的贯通孔，在孔中置入填充物，经过时效及固化处理，将二者结合成为一个整体的自润滑轴承；填充物由如下组份按质量百分比配比而成：粘结剂30%，固体润滑材料60%，固化剂10%；铜基自润滑轴承基体硬度高于200HB。

（1）将填充固化固体润滑材料自润滑轴承的粘结剂配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，磷酸（分析纯，相对分子质量98.00，H₃PO₄含量不少于85.0%；天津市永大化学试剂有限公司生产）和氢氧化铝（分析纯，分子量78.00；天津市光复精细化工研究所研制）按质量比为3.41：1的比例混合均匀后静置1h，取60%质量比的磷酸和氢氧化铝混合液和40%质量比的聚氨酯改性环氧树脂（E-42聚氨酯改性环氧树脂，粘度（25℃）1500～3000 mPa·s，环氧值（eq/100g）0.50，滁州惠盛电子材料有限公司生产）按比例混合，搅拌均匀后制备成粘结剂。

（2）将填充固化固体润滑材料自润滑轴承的固体润滑材料配方中所用材料按质量百分比分别进行称量，70%质量比的可膨胀石墨粉（需要采用固定碳含量大于或等于98%，粒径300～1000目的产品。青岛恒润达石墨制品有限公司生产，500目，碳含量：99.1%～99.2%）和30%质量比的二硫化钨粉（二硫化钨需要采用含量大于或等于98%，粒径300～1000目的产品。阿尔山太平润滑材料有限公司生产，500目，WS₂含量≥98%）。

（3）将填充固化固体润滑材料自润滑轴承的固化剂配方中所用材料按质量百分比分别进行称量，60%质量比的氧化铜（分析纯，CuO含量不少于99.0%；天津市光复科技发展有限公司生产）和40%质量比的间苯二甲胺（分子量138.2091，比重（25℃）1.032；滁州惠盛电子材料有限公司生产）。

（3）30%质量比的粘结剂、60%质量比的固体润滑材料和10%质量比的固化剂混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入铜基自润滑轴承基体上的孔内，挤压紧实，铜合金轴承基体的硬度230HB，抗拉强度750N/mm²。

（4）将填充固体润滑材料、粘结剂和固化剂的自润滑轴承在常温下空气中静置8h。

（5）将自润滑轴承放入真空干燥箱中进行真空固化处理，升温速率60℃/h，当温度加热到120℃后保温2h，然后随炉冷却到室温。

（6）在数控车床上对自润滑轴承进行内外圆表面精车，铜基自润滑轴承内外圆表面粗糙度值达到Ra1.6。

磷酸盐无机粘结剂，是以磷酸液剂与氢氧化铝粉剂合成，固化湿度低、固化收缩率小、耐水性好，可耐600℃高温，在高温下具有优异的粘结性能，具有胶接强度高、耐高温、抗震、抗剥落等特点。在磷酸盐无机粘结剂中添加适量氧化铜，可进一步提高粘合力和使用寿命。

环氧树脂作为胶粘剂具有附着力强、耐化学性能、常温操作、施工简便等良好的工艺性，而且价格适中。聚氨酯改性环氧树脂固化后形成环氧树脂-聚氨酯互穿聚合物网络或海岛结构，可改善材料的韧性，提高粘结层的剪切强度、附着力、拉伸强度、弯曲强度、耐磨性等。环氧值过高的环氧树脂，固化后交联度高，粘接强度好，但塑性较差；环氧值低的树脂高温强度差；环氧值中等的环氧树脂在高低温度时均有较好的强度。本实施例的聚氨酯改性环氧树脂环氧值（eq/100g）0.50。

间苯二甲胺作为聚氨酯改性环氧树脂固化剂，常温固化性能优异，粘度低，耐热性、耐化学腐蚀性、耐水性能好，易于操作，而且能得到极为精整的表面。

石墨是一种常用的固体润滑材料，摩擦系数0.05～0.15，耐高温，大气中使用温度可达到550℃。可膨胀石墨是一种新型碳材料，摩擦学特性优异，由于结构上存在大量微孔，吸附性能非常好，与其它润滑材料复合，可有效阻止其它固体润滑材料的氧化失效，提高复合材料的使用寿命。本实施例的可膨胀石墨粉的固定碳含量大于或等于98%，粒径300～1000目。

二硫化钨是一种性能极为优良的新型固体润滑材料，润滑性能、耐热性能、耐氧化性能优于二硫化钼，承载能力即抗高压性约为二硫化钼的3倍，摩擦因数为0.03～0.05，具有耐酸碱侵蚀，无毒无害，使用温度宽，润滑寿命长，摩擦因数低等优点，可用于高温、高压、高负荷及腐蚀性介质的工作环境，固体润滑材料中二硫化钨可有效改善材料抗压强度和润滑性能。本实施例的二硫化钨粉的二硫化钨含量大于或等于98%，粒径300～1000目。

实施例2：

一种填充固化固体润滑材料自润滑轴承，在钢基或铜基金属基体上预先加工好占金属基体总表面积30%的贯通孔，在孔中置入填充物，经过时效及固化处理，将二者结合成为一个整体的自润滑轴承；填充物由如下组份按质量百分比配比而成：粘结剂35%，固体润滑材料50%，固化剂15%。

钢基自润滑轴承基体硬度为30～40HRC；铜基自润滑轴承基体硬度高于200HB。

（1）将填充固化固体润滑材料自润滑轴承的粘结剂配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，将磷酸和氢氧化铝（质量比为3.41：1）按比例混合均匀后静置1h，取60%的磷酸和氢氧化铝混合液和40%聚氨酯改性环氧树脂按比例混合，搅拌均匀后制备成粘结剂。

（2）将填充固化固体润滑材料自润滑轴承的固体润滑材料配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，60%可膨胀石墨粉和40%二硫化钨粉混合形成固体润滑材料。

（3）将填充固化固体润滑材料自润滑轴承的固化剂配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，65%氧化铜和35%间苯二甲胺组成固化剂。

（4）35%粘结剂、50%固体润滑材料和15%固化剂混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入自润滑轴承基体上的孔内，挤压紧实。

（5）将自润滑轴承放入真空干燥箱中进行真空固化处理，升温速率60℃/h，当温度加热到120℃后保温2h，然后随炉冷却到室温。

（6）在数控车床上对自润滑轴承进行内外圆表面精车，铜基自润滑轴承内外圆表面粗糙度值达到Ra1.6。

实施例3：

一种填充固化固体润滑材料自润滑轴承，在钢基或铜基金属基体上预先加工好占金属基体总表面积25%的贯通孔，在孔中置入填充物，经过时效及固化处理，将二者结合成为一个整体的自润滑轴承；填充物由如下组份按质量百分比配比而成：粘结剂30%，固体润滑材料55%，固化剂15%。钢基自润滑轴承基体硬度为30～40HRC。

（1）将填充固化固体润滑材料自润滑轴承的粘结剂配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，将磷酸和氢氧化铝（质量比为3.41：1）按比例混合均匀后静置1h，取60%的磷酸和氢氧化铝混合液和40%聚氨酯改性环氧树脂按比例混合，搅拌均匀后制备成粘结剂。

（2）将填充固化固体润滑材料自润滑轴承的固体润滑材料配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，60%可膨胀石墨粉和40%二硫化钨粉混合形成固体润滑材料。

（3）将填充固化固体润滑材料自润滑轴承的固化剂配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，65%氧化铜和35%间苯二甲胺组成固化剂。

（4）30%粘结剂、55%固体润滑材料和15%固化剂混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入自润滑轴承基体上的孔内，挤压紧实。

（5）将自润滑轴承放入真空干燥箱中进行真空固化处理，升温速率60℃/h，当温度加热到120℃后保温2h，然后随炉冷却到室温。

（6）在数控车床上对自润滑轴承进行内外圆表面精车，钢基自润滑轴承内外圆表面粗糙度值低于Ra3.2。

依据GB/T 23894-2009，在摇摆磨损试验机上测试填充固化固体润滑材料自润滑轴承的摩擦系数和磨损量，摩擦时间为100h，承载压强24.5MPa，线速度1m/min；将试样放入马弗炉中，在400℃条件下保温2h，评判填充固化固体润滑材料的耐高温性能，测试结果如表1所示。

表1 自润滑轴承性能测试结果

	实施例1	实施例2	实施例3
				摩擦系数	0.112	0.141	0.126
磨损量/mm	0.028	0.047	0.035
				固体润滑材料400℃条件下是否熔融或脱落	否	否	否

从表1可以看出，本发明的填充固化固体润滑材料自润滑轴承具有摩擦系数小、耐磨性能好、高温下摩擦固体润滑材料不熔融或脱落等性能优势，在300℃以下环境可长期使用。

Claims (1)

1.一种填充固化固体润滑材料自润滑轴承的制备方法，其特征在于：在钢基或铜基金属基体上预先加工好占金属基体总表面积10%～40%的孔，在孔中置入填充物，经过时效及固化处理，将二者结合成为一个整体的自润滑轴承；填充物由如下组份按质量百分比配比而成：粘结剂30%～35%，固体润滑材料50%～60%，固化剂10%～15%；粘结剂由如下组份按质量百分比配比而成：磷酸和氢氧化铝的混合液60%～70%，聚氨酯改性环氧树脂30%～40%；固体润滑材料由如下组份按质量百分比配比而成：可膨胀石墨粉30%～70%，二硫化钨粉30%～70%；固化剂由如下组份按质量百分比配比而成：氧化铜60%～70%，间苯二甲胺30%～40%；粘接剂中的磷酸和氢氧化铝两者的质量比3.41：1；钢基自润滑轴承基体硬度为30～40HRC；铜基自润滑轴承基体硬度高于200HB；按如下步骤进行：

a、基体加工：

在车床上对钢基或铜基自润滑轴套内外圆表面进行粗加工，在钻床上钻出占金属基体总表面积10%～40%的孔；

b、粘结剂制备：

室温下，将磷酸和氢氧化铝按比例混合，搅拌均匀后静置1h以上，加入聚氨酯改性环氧树脂充分搅拌；

c、固体润滑材料混合：

室温下，将可膨胀石墨粉和二硫化钨粉按比例称量混合；

d、膏体制备：

将固体润滑材料加入到粘结剂中搅拌，均匀后依次加入氧化铜和间苯二甲胺充分搅拌，均匀后形成粘稠状的膏体；

e、膏体填充：

将制备的膏体压入自润滑轴承基体上的孔内，挤压紧实；

f、时效处理：

将填充固体润滑材料、粘结剂和固化剂的自润滑轴承在空气中常温静置8h以上；

g、固化处理：

将时效处理后的自润滑轴承放入真空干燥箱中进行真空固化处理，升温速率60～100℃/h，当温度加热到120～130℃后保温1.5～2h，然后随炉冷却到室温；

h、表面精车：

在数控车床上对自润滑轴承进行内外圆表面精车，钢基自润滑轴承内外圆表面粗糙度值低于Ra3.2，铜基自润滑轴承内外圆表面粗糙度值达到Ra1.6；

将磷酸和氢氧化铝按质量比为3.41：1的比例混合均匀后静置1h，取占质量比60%的磷酸和氢氧化铝混合液和占质量比40%聚氨酯改性环氧树脂混合，搅拌均匀后制备成粘结剂；

70%的可膨胀石墨粉和30%的二硫化钨粉混合形成固体润滑材料；

60%的氧化铜和占质量比40%的间苯二甲胺组成固化剂；

30%的粘结剂、60%的固体润滑材料和10%的固化剂混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入自润滑轴承基体上的孔内，挤压紧实；

将填充固体润滑材料、粘结剂和固化剂的自润滑轴承在常温下空气中静置8h；

将自润滑轴承放入真空干燥箱中进行真空固化处理，升温速率60℃/h，当温度加热到120℃后保温2h，然后随炉冷却到室温；

在数控车床上对自润滑轴承进行内外圆表面精车。