CN109268393B - 一种高承载自润滑轴套及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高承载自润滑轴套及其制备方法，该高承载自润滑轴套由外向里由金属基体、中间耐磨层和表面喷涂层组成；其中表面喷涂层材料的各成分重量份含量为：石墨1‑5份、二硫化钼2‑5份、芳纶粉1‑4份、聚四氟乙烯微粉2‑5份、固化剂0.5‑3份、增韧剂0.5‑2份、二甲基亚砜5‑10份、正丁醇10‑15份、丙酮1‑33份、环氧树脂45‑50份；中间耐磨层为氮化处理层。本发明高承载自润滑轴套具有优异的耐磨性、自润滑性、耐疲劳性、抗冲击性以及抗蠕变性，特别适用于工作温度高、粉尘大、载荷重等特殊工况下工程机械部件的自润滑，另外，本发明轴套生产周期短、成本低，可替代国外进口产品。

Description

一种高承载自润滑轴套及其制备方法
技术领域
本发明涉及轴套技术领域，具体是一种高承载自润滑轴套及其制备方法。
背景技术
轴套对轴类零件有降噪，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、航空航天工业的快速发展，对各类轴套具有高承载、耐磨以及自润滑性能要求越来越高。在高承载工况下，普通轴套表面承载能力和抗磨损性能往往不能满足，表现为摩擦面金属基体啃蚀、拉伤，轴径出现孔蚀、磨损，造成机械效率降低、设备运转噪音严重、机体抖动，传统的表面烧结铜合金作为自润滑材料虽能提高其减摩性能，但其制造方法较为复杂，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。
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，提供一种以自润滑涂层与金属牢固结合、机械强度高、耐磨性能好、摩擦系数低、耐冲击性好的复合轴套。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高承载自润滑轴套，所述的高承载自润滑轴套由外向里由金属基体、中间耐磨层和表面喷涂层组成；所述表面喷涂层材料的各成分重量份含量为：石墨1-5份、二硫化钼2-5份、芳纶粉1-4份、聚四氟乙烯微粉2-5份、固化剂0.5-3份、增韧剂0.5-2份、二甲基亚砜5-10份、正丁醇10-15份、丙酮1-33份、环氧树脂45-50份，中间耐磨层为氮化处理层。
进一步方案，所述金属基体(1)的材料为20CrMo或35CrMo或20CrMnTi。
进一步方案，所述固化剂为脂肪胺类固化剂或咪唑类潜伏性固化剂；所述增韧剂为丁晴橡胶树脂或聚酰胺树脂；所述环氧树脂为改性耐热型环氧树脂或双酚A类环氧树脂，环氧值>0.8。
进一步方案，所述中间耐磨层(2)表面硬度HV≥500，化合物层厚度＞10μm，有效渗层深度0.2-0.5mm。
本发明的第二个目的在于提供上述高承载自润滑轴套的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备轴套基材：
(1-1)热处理：将无缝钢管进行下料，在真空炉内气压在0.04-0.08MPa下进行淬火处理，温度850-880℃，保温2-3小时后油冷，580-610℃进行高温回火，保温3-4小时后随炉冷却，得调质后轴套毛坯件，基体硬度HRC24-28；
(1-2)车加工：将步骤(1-1)所得毛坯件进行车加工；
(1-3)钻内孔：将步骤(1-2)所得加工件进行内孔加工；
(2)氮化处理：
将步骤(1-3)所得轴套在井式炉内300-400℃保温1-2小时后转入井式盐浴炉内进行氮化处理，盐浴温度570-580℃，保温90-120分钟，出炉降温至200℃后转入井式炉内进行表面氧化处理，温度400-500℃，保温1-2小时后出炉自然冷却，得氮化处理后轴套，表面硬度HV≥500，化合物层厚度≥10μm，有效渗层深度0.2-0.5mm；
(3)磷化处理：
对于步骤(2)所得的氮化处理轴套，首先采用清洗机清洗表面油脂及污物，再通过磷化处理，使轴套表面生成一层厚度3-5μm的磷化膜；
(4)制备表面喷涂层(3)的涂料：
按重量份称取各物料：石墨1-5份、二硫化钼2-5份、芳纶粉1-4份、聚四氟乙烯微粉2-5份、固化剂0.5-3份、增韧剂0.5-2份、二甲基亚砜5-10份、正丁醇10-15份、丙酮1-33份、环氧树脂45-50份；
将石墨、二硫化钼、芳纶粉、聚四氟乙烯微粉放入混料机内混合搅拌3-5分钟，制得搅拌均匀的粉料；将二甲基亚砜、正丁醇、丙酮加入高速分散机搅拌均匀，再加入环氧树脂、增韧剂、固化剂，在高速分散机中搅拌、分散5-10分钟，制得树脂混合物；
将搅拌均匀的粉料和树脂混合物共同放入砂磨机内，研磨3-4小时，即制得涂料，研磨过程中保持水循环冷却，涂料温度不超过50℃，涂料粘度控制在15-30Pa·s；
(5)轴套喷涂：
(5-1)采用空气喷涂方式进行轴套内壁喷涂，用自动喷涂机将涂料均匀喷涂在步骤(3)所得的轴套内表面；
(5-2)按如下过程固化：升温至120℃保温30-40分钟，继续升温至160℃保温120-180分钟，再升温至180℃保温60-90分钟，最后随炉冷却至室温。
本发明的有益效果：
本发明增加中间耐磨层作为过渡，表面磷化处理，利用磷化膜与金属基体、工作层强大的结合力，使金属基体和工作层牢牢结合；本发明所述的高承载自润滑轴套，可以适用于工作温度高、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，轴套生产周期短，有利于降低生产成本，提高生产效率。本发明所述的高承载自润滑轴套是一种高新技术产品。其具体原因是：
1、本发明中间耐磨层所用氮化盐浴复合处理技术，可以大幅度提高金属表面的耐磨性、抗蚀性，而工件几乎不发生变形，是一种新的金属表面强化改性技术。这种技术实现了渗氮工序和氧化工序的复合；氮化物和氧化物的复合；耐磨性和抗蚀性的复合；热处理技术和防腐技术的复合，氮化工艺中，金属材料与盐浴液体发生反应，可以在金属表面形成一层品质优良的致密的化合物层，该化合物完全由ε氮化铁组成，能够高效地提高金属表面的硬度、致密性、从而使金属表面拥有良好的耐磨性能、承载性能、抗冲击性能。
2、本发明表面喷涂层中的聚四氟乙烯有很低的摩擦系数，一般情况下为0.04-0.05，在高负荷下摩擦系数可以达到0.01，是已知的固体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减磨性能，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、本发明金属基体采用磷化工艺加工，使表面喷涂层与金属基体表面间的实际面积增加，增强了表面喷涂层与金属基体的结合性能，磷化膜还可以提高复合材料的拉伸强度与金属基体耐腐蚀性等性能。
4、本发明轴套内表面均匀分布的油穴可以起到很好的储存润滑脂的效果，在不适合拆卸进行更换、维护的工作条件下，可以通过一次添加润滑脂起到免维护的作用，提高工作效率、降低维修成本。
附图说明
图1是本发明高承载自润滑轴套的结构示意图。
附图标记说明如下：
1-金属基体；2-中间耐磨层；3-表面喷涂层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
一种高承载自润滑轴套，该高承载自润滑轴套由外向里由金属基体1、中间耐磨层2和表面喷涂层3组成；所述表面喷涂层3材料的各成分重量份含量为：石墨1-5份、二硫化钼2-5份、芳纶粉1-4份、聚四氟乙烯微粉2-5份、固化剂0.5-3份、增韧剂0.5-2份、二甲基亚砜5-10份、正丁醇10-15份、丙酮1-33份、环氧树脂45-50份；中间耐磨层2为氮化处理层。图1是本发明高承载自润滑轴套的结构示意图。
实施例1
本实施例的高承载自润滑轴套的制备步骤如下：
(1)制备轴套基材：
a、热处理：采用20CrMo无缝钢管进行下料，在真空炉内气压在0.04MPa下进行淬火处理，温度在850℃，保温3小时后油冷，再用580℃进行高温回火，保温4小时后随炉冷却，得调质后轴套毛坯件，基体硬度HRC24-28；
b、车加工：将调质后所得毛坯件进行车削加工；
c、钻内孔：将车削加工所得加工件进行内孔加工；
(2)氮化处理：
将上述所得轴套在井式炉内用350℃保温2小时后转入井式盐浴炉内进行氮化处理，盐浴温度570℃，保温120分钟，出炉降温至200℃后转入井式炉内进行表面氧化处理，温度在450℃，保温2小时后出炉自然冷却，得氮化处理后轴套，表面硬度HV≥550，化合物层厚度≥10μm，有效渗层深度0.2-0.5mm；
(3)磷化处理：
对于氮化处理后的轴套，首先采用清洗机清洗表面油脂及污物，再通过磷化处理，使轴套表面生成一层厚度3-5μm的磷化膜；
(4)制备表面喷涂层的涂料：
称取石墨20g、二硫化钼30g、芳纶粉20g、聚四氟乙烯微粉50g放入混料机内混合搅拌3-5分钟，制得搅拌均匀的粉料，待用；称取有机溶剂二甲基亚砜：正丁醇：丙酮＝70g：120g：100g，使用高速分散机搅拌均匀，称取环氧树脂480g、增韧剂15g、固化剂20g加入有机溶剂中，在高速分散机中搅拌、分散5-10分钟，制得树脂混合物；
将搅拌均匀的粉料和树脂混合物共同放入砂磨机内，研磨4小时，即制得涂料，研磨过程中保持水循环冷却，涂料温度不超过50℃，涂料粘度控制在15-30Pa·s；
(5)轴套喷涂：
a、采用空气喷涂方式进行轴套内壁喷涂，用自动喷涂机将涂料均匀喷涂在磷化处理后的轴套内表面，涂层厚度0.015-0.025mm；
b、按如下过程固化：升温至120℃保温30分钟，继续升温至160℃保温180分钟，再升温至180℃保温90分钟，最后随炉冷却至室温。
实施例2
本实施例的高承载自润滑轴套的制备步骤如下：
(1)制备轴套基材：
a、热处理：采用35CrMo无缝钢管进行下料，在真空炉内气压在0.08MPa下进行淬火处理，温度在880℃，保温2小时后油冷，再用590℃进行高温回火，保温3小时后随炉冷却，得调质后轴套毛坯件，基体硬度HRC24-28；
b、车加工：将调质后所得毛坯件进行车削加工；
c、钻内孔：将车削加工所得加工件进行内孔加工；
(2)氮化处理：
将上述所得轴套在井式炉内用300℃保温2小时后转入井式盐浴炉内进行氮化处理，盐浴温度580℃，保温90分钟，出炉降温至200℃后转入井式炉内进行表面氧化处理，温度在400℃，保温1.5小时后出炉自然冷却，得氮化处理后轴套，表面硬度HV≥500，化合物层厚度≥10um，有效渗层深度0.2-0.5mm；
(3)磷化处理：
对于氮化处理后的轴套，首先采用清洗机清洗表面油脂及污物，再通过磷化处理，使轴套表面生成一层厚度3-5um的磷化膜；
(4)制备表面喷涂层的涂料：
称取石墨10g、二硫化钼20g、芳纶粉40g、聚四氟乙烯微粉30g放入混料机内混合搅拌3-5分钟，制得搅拌均匀的粉料，待用；称取有机溶剂二甲基亚砜：正丁醇：丙酮＝100g：150g：10g，使用高速分散机搅拌均匀，称取环氧树脂450g、增韧剂5g、固化剂5g加入有机溶剂中，在高速分散机中搅拌、分散5-10分钟，制得树脂混合物；
将搅拌均匀的粉料和树脂混合物共同放入砂磨机内，研磨3小时，即制得涂料，研磨过程中保持水循环冷却，涂料温度不超过50℃，涂料粘度控制在15-30Pa·s；
(5)轴套喷涂：
a、采用空气喷涂方式进行轴套内壁喷涂，用自动喷涂机将涂料均匀喷涂在磷化处理后的轴套内表面，涂层厚度0.015-0.025mm；
b、按如下过程固化：升温至120℃保温40分钟，继续升温至160℃保温120分钟，再升温至180℃保温60分钟，最后随炉冷却至室温。
实施例3
本实施例的高承载自润滑轴套的制备步骤如下：
(1)制备轴套基材：
a、热处理：采用20CrMnTi无缝钢管进行下料，在真空炉内气压在0.06MPa下进行淬火处理，温度在880℃，保温2小时后油冷，再用610℃进行高温回火，保温3小时后随炉冷却，得调质后轴套毛坯件，基体硬度HRC24-28；
b、车加工：将调质后所得毛坯件进行车削加工；
c、钻内孔：将车削加工所得加工件进行内孔加工；
(2)氮化处理：
将上述所得轴套在井式炉内用400℃保温1小时后转入井式盐浴炉内进行氮化处理，盐浴温度580℃，保温120分钟，出炉降温至200℃后转入井式炉内进行表面氧化处理，温度在500℃，保温1小时后出炉自然冷却，得氮化处理后轴套，表面硬度HV≥550，化合物层厚度≥10um，有效渗层深度0.2-0.5mm；
(3)磷化处理：
对于氮化处理后的轴套，首先采用清洗机清洗表面油脂及污物，再通过磷化处理，使轴套表面生成一层厚度3-5um的磷化膜；
(4)制备表面喷涂层的涂料：
称取石墨50g、二硫化钼50g、芳纶粉10g、聚四氟乙烯微粉20g放入混料机内混合搅拌3-5分钟，制得搅拌均匀的粉料，待用；称取有机溶剂二甲基亚砜：正丁醇：丙酮＝50g：100g：330g，使用高速分散机搅拌均匀，称取环氧树脂500g、增韧剂20g、固化剂30g加入有机溶剂中，在高速分散机中搅拌、分散5-10分钟，制得树脂混合物；
将搅拌均匀的粉料和树脂混合物共同放入砂磨机内，研磨3.5小时，即制得涂料，研磨过程中保持水循环冷却，涂料温度不超过50℃，涂料粘度控制在15-30Pa·s；
(5)轴套喷涂：
a、采用空气喷涂方式进行轴套内壁喷涂，用自动喷涂机将涂料均匀喷涂在磷化处理后的轴套内表面，涂层厚度0.015-0.025mm；
b、按如下过程固化：升温至120℃保温30分钟，继续升温至160℃保温120分钟，再升温至180℃保温60分钟，最后随炉冷却至室温。
对实施例1-3所制得的高承载自润滑轴套进行性能测试，其检测结果如表1所示：
表1
Figure BDA0001853563170000091
测试依据：GB/T 3960-2016。
试验条件：
干摩擦，负荷196N，线速度0.41m/s，试验时间2h。
油润滑，46#抗磨液压油，负荷196N，线速度0.41m/s，试验时间2h。
对磨件：45#钢，HRC40-45，粗糙度Ra≤0.4。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高承载自润滑轴套，其特征在于，所述的高承载自润滑轴套由外向里由金属基体（1）、中间耐磨层（2）和表面喷涂层（3）组成；所述表面喷涂层（3）材料的各成分重量份含量为：石墨1-5份、二硫化钼2-5份、芳纶粉1-4份、聚四氟乙烯微粉2-5份、固化剂0.5-3份、增韧剂0.5-2份、二甲基亚砜5-10份、正丁醇10-15份、丙酮1-33份、环氧树脂45-50份，中间耐磨层（2）为氮化处理层。
2.根据权利要求1所述的高承载自润滑轴套，其特征在于，所述金属基体（1）的材料为20CrMo或35CrMo或20CrMnTi。
3.根据权利要求1所述的高承载自润滑轴套，其特征在于，所述固化剂为脂肪胺类固化剂或咪唑类潜伏性固化剂；所述增韧剂为丁晴橡胶树脂或聚酰胺树脂；所述环氧树脂为改性耐热型环氧树脂或双酚A类环氧树脂，环氧值>0.8。
4.根据权利要求1所述的高承载自润滑轴套，其特征在于，所述中间耐磨层（2）表面硬度HV≥500，化合物层厚度＞10μm，有效渗层深度0.2-0.5mm。
5.根据权利要求1至4任一项所述的高承载自润滑轴套的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）制备轴套基材：
（1-1）热处理：将无缝钢管进行下料，在真空炉内气压在0.04-0.08MPa下进行淬火处理，温度850-880℃，保温2-3小时后油冷，580-610℃进行高温回火，保温3-4小时后随炉冷却，得调质后轴套毛坯件，基体硬度HRC24-28；
（1-2）车加工：将步骤（1-1）所得毛坯件进行车加工；
（1-3）钻内孔：将步骤（1-2）所得加工件进行内孔加工；
（2）氮化处理：
将步骤（1-3）所得轴套在井式炉内300-400℃保温1-2小时后转入井式盐浴炉内进行氮化处理，盐浴温度570-580℃，保温90-120分钟，出炉降温至200℃后转入井式炉内进行表面氧化处理，温度400-500℃，保温1-2小时后出炉自然冷却，得氮化处理后轴套，表面硬度HV≥500，化合物层厚度≥10μm，有效渗层深度0.2-0.5mm；
（3）磷化处理：
对于步骤（2）所得的氮化处理轴套，首先采用清洗机清洗表面油脂及污物，再通过磷化处理，使轴套表面生成一层厚度3-5μm的磷化膜；
（4）制备表面喷涂层（3）的涂料：
按重量份称取各物料：石墨1-5份、二硫化钼2-5份、芳纶粉1-4份、聚四氟乙烯微粉2-5份、固化剂0.5-3份、增韧剂0.5-2份、二甲基亚砜5-10份、正丁醇10-15份、丙酮1-33份、环氧树脂45-50份；
将石墨、二硫化钼、芳纶粉、聚四氟乙烯微粉放入混料机内混合搅拌3-5分钟，制得搅拌均匀的粉料；将二甲基亚砜、正丁醇、丙酮加入高速分散机搅拌均匀，再加入环氧树脂、增韧剂、固化剂，在高速分散机中搅拌、分散5-10分钟，制得树脂混合物；
将搅拌均匀的粉料和树脂混合物共同放入砂磨机内，研磨3-4小时，即制得涂料，研磨过程中保持水循环冷却，涂料温度不超过50℃，涂料粘度控制在15-30Pa·s；
（5）轴套喷涂：
（5-1）采用空气喷涂方式进行轴套内壁喷涂，用自动喷涂机将涂料均匀喷涂在步骤（3）所得的轴套内表面；
（5-2）按如下过程固化：升温至120℃保温30-40分钟，继续升温至160℃保温120-180分钟，再升温至180℃保温60-90分钟，最后随炉冷却至室温。
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