CN109812494B - 推力轴承及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轴承制备领域，具体涉及一种推力轴承及制备方法。推力轴承包括碳化钨制作的轴承层和对称设置在所述的轴承层两侧的金属网层以及附着在所述的金属网层上的金刚石层。本申请在轴承的表面添加一层或者多层金刚石层，可以提高轴承的耐磨性。金属网的设置，控制金刚石的分布，能够使金刚石的加入量降低，耐磨性能更有效的利用。
Description
技术领域
本发明属于轴承制备领域，具体涉及一种推力轴承及制备方法。
背景技术
石油、煤矿用压力轴承，在钻采或者钻进过程起到承载轴向载荷的作用，轴承与轴承之间纯滑动运行，在钻进过程中承受轴向重载，随螺杆旋转相互滑动运动，此工作形式对轴承的耐磨性能提出很高的要求，常规的轴承，使用碳化钨配合钎焊料烧结制作，石油钻具特别是煤矿用无磁钻具，钻进单支超过5000米，往往中途由于轴承磨损超过尺寸公差后需要拆卸更换，价格昂贵的有复合片轴承，将复合片镶入基体，复合片和复合片之间相对滑动，耐磨性会有大幅度提升，但是由于单支造价相当高，使得复合片轴承的使用受到限制，目前在石油或者煤矿等等行业，复合片轴承的使用没有规模化，本发明设计了一种成本低，耐磨性良好的推力轴承。
发明内容
本发明的目的在于提供一种推力轴承及制备方法。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种推力轴承，包括碳化钨制作的轴承层和对称设置在所述的轴承层两侧的金属网层以及附着在所述的金属网层上的金刚石层。
一种制备所述的推力轴承的方法，包括下述步骤：
1)将金属网切割成与轴承匹配的形状，将金刚石粘结到所述的金属网上；
2)石墨模具底部放置一层结晶钨或者碳化钨粉末，之后放入步骤1)得到的粘结有金刚石的金属网片；金刚石颗粒面朝下；烧结模具根据设计采用石墨模具，一方面石墨强度较低烧结后可以方便去除模具，石墨耐高温，能够在高温下完成烧结。再者石墨在烧结过程中少部分石墨会燃烧，生成CO和CO2能够有效的反应掉炉中的氧，同时起到还原和保护的作用，防止金刚石碳化。
3)填充铸造轴承碳化钨粉至所需高度；放置另一片粘结有金刚石的金属网片；金刚石颗粒面朝上，之后在最上部填充结晶钨或者碳化钨粉末，得到轴承混合物；铸造轴承碳化钨可以采用60-80目，80-200目，60-325目，或者数种铸造碳化钨混合。
4)加入合金焊料填充碳化钨粉末或者结晶钨之间的缝隙,烧结，冷却,脱模，磨削成型即得。烧结完毕，将石墨模具清除，随后将上层多余的钎料车削掉，经过磨削加工即可得到成品。金刚石通钢网过载体充分分散到了上下两个表面，能够有效的发挥耐磨性，降低金刚石颗粒用量，降低成本。
步骤2)中结晶钨或者碳化钨粉末的层高为0.1-0.2mm；步骤3)中结晶钨或者碳化钨粉末的层高为0.1-0.5mm。金刚石颗粒碳化的温度在750℃左右，但是在有其他粉末保护和低氧含量的气氛情况下碳化的情况会大大缓解，上层的结晶钨或者碳化钨一方面能够起到预留加工量的作用，另一方面能起到一定隔绝氧的作用，石墨模具中的石墨本身具有还原性，能有效的防止氧与金刚石作用，所以在常规的烧结炉中就能够进行烧结，当然根据需要，可以考虑使用惰性气氛保护炉或者真空炉，烧结效果会更优异。
所述的金刚石为包覆型的金刚石颗粒，外层包覆有Ni、Ti或者Si。金刚石与一些金属有一定的浸润性，但是为了提升与金属钎料的结合，可以采用包覆型金刚石颗粒，如外层包Ni，或者包Ti，或者包覆Si等等甚至有的金刚石颗粒包覆2层或者多层金属外衣。所述的金刚石粘结在金刚网上可以为1层、2层或者多层。
所述的合金焊料包括金属钎料以及助焊剂；所述的金属钎料以铜合金为基体；可以为Cu-Mn-Zn或者Cu-Ni-Mn-Zn。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
常规的人造金刚石单晶颗粒成本很低，即使杂质含量低的人造金刚石，成本在仅1-2元人民币/克拉，但是金刚石的密度很小，约3.5g/cm3，因此在一定体积内，其使用量非常有限，本申请在轴承的表面添加一层或者多层金刚石层，可以提高轴承的耐磨性。金属网的设置，控制金刚石的分布，能够使金刚石的加入量降低，耐磨性能更有效的利用。优选的，金刚石颗粒为了提高与金属钎料的结合，采用包覆型金刚石颗粒。烧结模具根据设计采用石墨模具，一方面石墨强度较低烧结后可以方便去除模具，石墨耐高温，能够在高温下完成烧结。再者石墨在烧结过程中少部分石墨会燃烧，生成CO和CO2能够有效的反应掉炉中的氧，同时起到还原和保护的作用，防止金刚石碳化。本申请设计的新型的金刚石推力轴承具有成本低，寿命长，能拆卸反复使用的优点。
附图说明
图1为金属网粘结少量金刚石的结构示意图；
图2为金属网粘结完全金刚石后的结构示意图；
图3为本发明添加金属焊料时模具的结构示意图；
图4为完成时的表面填充有金刚石的轴承结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
图4示出一种推力轴承，包括碳化钨制作的轴承层和对称设置在所述的轴承层两侧的金属网层以及附着在所述的金属网层上的金刚石层。
一种制备所述的推力轴承的方法，包括下述步骤：
1)将金属网切割成与轴承匹配的形状，将金刚石粘结到所述的金属网上；图1-2金属网上粘结有不同数量的金刚石的金属网的结构示意图。
2)石墨模具底部放置一层结晶钨或者碳化钨粉末，之后放入步骤1)得到的粘结有金刚石的金属网片；金刚石颗粒面朝下；烧结模具根据设计采用石墨模具，一方面石墨强度较低烧结后可以方便去除模具，石墨耐高温，能够在高温下完成烧结。再者石墨在烧结过程中少部分石墨会燃烧，生成CO和CO2能够有效的反应掉炉中的氧，同时起到还原和保护的作用，防止金刚石碳化。
3)填充铸造轴承碳化钨粉至所需高度；放置另一片粘结有金刚石的金属网片；金刚石颗粒面朝上，之后在最上部填充结晶钨或者碳化钨粉末，得到轴承混合物；铸造轴承碳化钨可以采用60-80目，80-200目，60-325目，或者数种铸造碳化钨混合。
4)加入合金焊料填充碳化钨粉末或者结晶钨之间的缝隙,烧结，冷却,脱模，磨削成型即得。烧结完毕，将石墨模具清除，随后将上层多余的钎料车削掉，经过磨削加工即可得到成品。金刚石通钢网过载体充分分散到了上下两个表面，能够有效的发挥耐磨性，降低金刚石颗粒用量，降低成本。
图3中示出填充好各组分的石墨烯模具的示意图；包括底层的填充层以及顶层的合金焊料储存层以及石墨模具2；所述的填充层包括最下层的结晶钨或者碳化钨粉末层3、金刚石层6以及金属网层7，中间层的钢环骨架支撑4以及环所述的骨架支撑填充的铸造轴承碳化钨粉层5；顶层的合金焊料储存层包含有合金焊料；所述的合金焊料包括金属钎料以及助焊剂；所述的金属钎料以铜合金为基体；可以为Cu-Mn-Zn或者Cu-Ni-Mn-Zn。使用时，合金焊料填充碳化钨粉末或者结晶钨之间的缝隙之后，经过现有技术中的轴承的烧结方法，烧结后冷却,脱模，磨削成型即得图4示出的成型的面填充有金刚石的轴承。平面上的切槽有无或者形状或者布局可以根据需要自行设计，有一定的切槽也是为了在钻采时泥浆过流，起到进一步降低温升的目的，因为金刚石在有氧环境中，750℃左右会发生碳化，或者表面的氧化都会降低其使用效果，因此有必要做降温处理，尽管常规的轴承使用温度远低于此温度，不过一些意外情况有可能使得局部温升大。
步骤2)中结晶钨或者碳化钨粉末的层高为0.1-0.2mm；步骤3)中结晶钨或者碳化钨粉末的层高为0.1-0.5mm。金刚石颗粒碳化的温度在750℃左右，但是在有其他粉末保护和低氧含量的气氛情况下碳化的情况会大大缓解，上层的结晶钨或者碳化钨一方面能够起到预留加工量的作用，另一方面能起到一定隔绝氧的作用，石墨模具中的石墨本身具有还原性，能有效的防止氧与金刚石作用，所以在常规的烧结炉中就能够进行烧结，当然根据需要，可以考虑使用惰性气氛保护炉或者真空炉，烧结效果会更优异。
所述的金刚石为包覆型的金刚石颗粒，外层包覆有Ni、Ti或者Si。金刚石与一些金属有一定的浸润性，但是为了提升与金属钎料的结合，可以采用包覆型金刚石颗粒，如外层包Ni，或者包Ti，或者包覆Si等等甚至有的金刚石颗粒包覆2层或者多层金属外衣。所述的金刚石粘结在金刚网上可以为1层、2层或者多层。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种推力轴承的制备方法，其特征在于，所述的推力轴承包括碳化钨制作的轴承层和对称设置在所述的轴承层两侧的金属网层以及附着在所述的金属网层上的金刚石层；所述的推力轴承具体的制备方法包括下述步骤：
1）将金属网切割成与轴承匹配的形状，将金刚石粘结到所述的金属网上；
2)石墨模具底部放置一层结晶钨或者碳化钨粉末，之后放入步骤1）得到的粘结有金刚石的金属网片；金刚石颗粒面朝下；
3）填充铸造轴承碳化钨粉至所需高度；放置另一片粘结有金刚石的金属网片；金刚石颗粒面朝上，之后在最上部填充结晶钨或者碳化钨粉末；
4）加入合金焊料填充碳化钨粉末或者结晶钨之间的缝隙,烧结，冷却,脱模，磨削成型即得。
2.根据权利要求1所述的推力轴承的制备方法，其特征在于，步骤2）中结晶钨或者碳化钨粉末的层高为0.1-0.2mm；步骤3）中结晶钨或者碳化钨粉末的层高为0.1-0.5mm。
3.根据权利要求1所述的推力轴承的制备方法，其特征在于，所述的金刚石为包覆型的金刚石颗粒，外层包覆有Ni、Ti或者Si。
4.根据权利要求1所述的推力轴承的制备方法，其特征在于，所述的金刚石粘结在金属网上为1层、2层或者多层。
5.根据权利要求1所述的推力轴承的制备方法，其特征在于，所述的合金焊料包括金属钎料以及助焊剂；所述的金属钎料以铜合金为基体,为Cu-Mn-Zn或者Cu-Ni-Mn-Zn。
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