CN110129667B - 一种耐磨材料、轴承及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨材料、轴承及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨材料、轴承及其制备方法，所述耐磨材料包括以下重量份的组分：石墨烯1～2％，二硫化钼0.3～1％，余量为铁粉。所述耐磨材料中还可以添加有铜锡固溶体。一种采用上述耐磨材料制备轴承的方法，包括以下步骤：S1、称取轴承的制备原料并将各种制备原料成分进行混合，制得混合料，并将制得的混合料压制成压坯；S2、在900～1050℃的烧结温度下，将压坯烧结成烧结坯；S3、对上述操作制得的烧结坯进行整形得到轴承半成品；S4、将所述轴承半成品充满润滑油，得到所述轴承成品。采用本发明方案的耐磨材料制得的轴承不仅制造润滑性能好且承压能力强。

Description

一种耐磨材料、轴承及其制备方法
技术领域
本发明涉及工业制造领域，具体涉及一种耐磨材料、轴承及其制备方法。
背景技术
轴承(Bearing)是当代机械设备中的一种重要零部件，其主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。由于轴承在工作过程中，会不断发生摩擦，因此，润滑对于轴承具有重要作用。润滑不仅能够减少轴承内部摩擦及磨损，防止烧粘，而且具有延长其使用寿命，排出摩擦热、冷却，防止轴承过热等多重作用。
含油轴承是利用轴承加工过程中烧结体的多孔性，使之含浸10～40％润滑油后，于自行供油状态下使用。由于含油轴承具有成本低、能吸振、噪声小、在较长时间内不用加润滑油等优点，因此，在汽车、家电、音响设备、农业机械、精密机械等多种工业领域中具有广泛应用。由于润滑油在高温或者高负荷工况下工作时，易因轴承温度升高而挥发变质，从而导致润滑失效，影响使用寿命。通过添加固体润滑成分，比如石墨等，可以避免润滑油挥发变质。
现有技术中的含油轴承分为铜基和铁基，其中，铜基含油轴承由于价格昂贵，不经济，因此，铁基含油轴承的应用前景更为广阔。然而，由于铁和碳在烧结时会发生化学反应，产生珠光体和渗碳体，导致轴承硬度变高，碳被消耗，使得现有技术中的铁基含油轴承在使用石墨作为固体润滑成分时，效果不佳(由于轴承工作时需要充分磨合才能保证产品寿命并降低工作噪音，若珠光体含量过高，则会导致磨合困难，而若产生过多的渗碳体，不仅会消耗作为润滑材料的碳元素，还会因渗碳体的脆性过强，在工作过程中出现碎裂脱落，进而导致摩擦副卡死)。理想状态的轴承是以铁素体为主，含有少量的珠光体且不含有渗碳体，以石墨作为固体润滑剂显然难以制得该种结构的轴承。而现有技术中的除石墨外的其他固体润滑剂，如聚四氟乙烯等由于无法与轴承良好结合，导致其均难以被应用于高温场合。
基于此，急需对现有技术中的轴承制造材料成分进行改进，使其既能具有良好的润滑性能，同时又能承受较高的压力。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种能够用于制造润滑性能好且承压能力强的耐磨材料。
本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种由含有上述材料的制备原料制备而成的轴承。
本发明所要解决的第三个技术问题是：一种上述轴承的制备方法。
为了解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：一种耐磨材料，包括以下重量份的组分：石墨烯1～2％，二硫化钼0.3～1％，余量为铁粉。
优选地，所述耐磨材料中还添加有铜锡固溶体。
更优选地，所述铜锡固溶体中铜的含量为85～95％。
优选地，所述铜锡固溶体在耐磨材料的重量百分数为2～4％。
本发明的有益效果在于：本发明方案添加石墨烯作为固体润滑剂，添加二硫化钼作为润滑剂的同时作为阻碍剂，阻碍石墨烯与轴承基体铁粉发生化学反应而被消耗，使最终轴承主要金相为铁素体，仅含有少量珠光体且不含渗碳体；保证含油率在18％以上。
为了解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：一种轴承，所述轴承的制备原料中含有上述耐磨材料。
本发明的有益效果在于：采用本发明方案耐磨材料制备的轴承具有极强的润滑性能，同时还能够承受很高的压力；本发明方案制备的轴承中不含渗碳体，且仅含少量珠光体，因此，在增加压力时，温度升高速度慢，轴承与轴间易于磨磨合。
为了解决上述第三个技术问题，本发明采用的技术方案为：一种上述轴承的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取轴承的制备原料并将各种制备原料成分进行混合，制得混合料，并将制得的混合料压制成压坯；
S2、在900～1050℃的烧结温度下，将压坯烧结成烧结坯；
S3、对上述操作制得的烧结坯进行整形得到轴承半成品；
S4、将所述轴承半成品充满润滑油，得到所述轴承成品。
进一步地，所述步骤S1中，所述制备原料包括石墨烯、二硫化钼和铁粉，先将石墨烯与二硫化钼混合后，再加入铁粉。
进一步地，所述石墨烯以石墨烯分散液的形式添加到材料中。
本发明的有益效果在于：本发明方案的轴承制备工艺简便，烧结温度为900～1050℃，相比常规铁基含油轴承的1080～1120℃要低。
附图说明
图1为本发明实施例一制得的较低温度下烧结的轴承的金相图；
图2为本发明实施例一制得的较高温度下烧结的轴承的金相图；
图3为本发明对照例一制得的较低温度下烧结的轴承的金相图；
图4为本发明对照例四制得的较高温度下烧结的轴承的金相图；
图5为本发明实施例2、对照例1和对照例6制得的轴承的压力-温度关系变化图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明包括一种耐磨材料，包括以下重量份的组分：石墨烯1～2％，二硫化钼0.3～1％，余量为铁粉。
优选地，所述耐磨材料中还添加有铜锡固溶体。
更优选地，所述铜锡固溶体中铜的含量为85～95％。
优选地，所述铜锡固溶体在耐磨材料的重量百分数为2～4％。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：添加铜锡固溶体，降低烧结温度，减缓石墨(碳)与铁发生化学反应的几率，减少二硫化钼的用量，节约生产成本；以铜锡固溶体的形式添加，既可避免多次称量产生的误差，同时，Cu与Sn的混合效果更好，可以更好地分散开来。
本发明还包括一种轴承，所述轴承的制备原料中含有上述耐磨材料。
本发明还包括上述轴承的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取轴承的制备原料并将各种制备原料成分进行混合，制得混合料，并将制得的混合料压制成压坯；
S2、在900～1050℃的烧结温度下，将压坯烧结成烧结坯；
S3、对上述操作制得的烧结坯进行整形得到轴承半成品；
S4、将所述轴承半成品充满润滑油，得到所述轴承成品。
进一步地，所述步骤S1中，所述制备原料包括石墨烯、二硫化钼和铁粉，先将石墨烯与二硫化钼混合后，再加入铁粉。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：先将石墨烯与二硫化钼混合后，再加入铁粉，制得的耐磨材料制得的轴承的性能更好。
进一步地，所述石墨烯以石墨烯分散液的形式添加到材料中。
本发明的实施例一为：一种耐磨材料，由以下重量份的组分组成：石墨烯1.5％，二硫化钼0.5％，余量为铁粉。
本发明的实施例二为：一种耐磨材料，其与实施例一的区别在于：所述耐磨材料中还含有重量百分数为2％的铜锡固溶体，其中，铜锡固溶体中铜的质量百分含量为90％。
本发明的实施例三为：一种耐磨材料，其与实施例二的区别在于：铜锡固溶体的重量百分数为4％且铜锡固溶体中铜的质量百分含量为95％。
本发明的实施例四为：一种耐磨材料，由以下重量份的组分组成：石墨烯1％，二硫化钼0.3％，余量为铁粉。
本发明的实施例五为：一种耐磨材料，由以下重量份的组分组成：石墨烯2％，二硫化钼1％，余量为铁粉。
本发明的对照例一为：一种耐磨材料，由以下重量份的组分组成：石墨烯1.5％，余量为铁粉。
本发明的对照例二为：一种耐磨材料，其与对照例一的区别在于：所述耐磨材料中还含有重量百分数为1.8％的铜粉和质量百分数为0.2％的锡粉。
本发明的对照例三为：一种耐磨材料，其与对照例一的区别在于：还含有重量百分数为2.5％的二硫化钼。
本发明的对照例四为：一种耐磨材料，其与对照例一的区别在于：所述石墨烯采用质量百分数为3％的石墨代替且添加有0.5％的二硫化钼。
本发明的对照例五为：一种耐磨材料，由以下重量份的组分组成：石墨烯1.5％，二硫化钼0.5％，余量为铁粉。
本发明的对照例六为：一种耐磨材料，由以下重量份的组分组成：二硫化钼0.5％，余量为铁粉。
将上述耐磨材料用于含油轴承的制备中，具体操作如：
S1、将实施例1～6、对照例1～4及6的耐磨材料中的石墨烯(或石墨)与二硫化钼混合(若不含则无此混合步骤)后，再加入铁粉、铜锡固溶体或铜锡10粉(依成分添加，若不含则无此步骤)后制得混合料，并将制得的混合料压制成压坯；
S2、分别在900、950℃、1000℃、1050℃(和1100℃)的烧结温度下，将压坯烧结成烧结坯；
S3、对上述操作制得的烧结坯进行整形得到轴承半成品；
S4、将所述轴承半成品充满润滑油，得到所述轴承成品。
其中，对照例5中的耐磨材料在制备轴承过程中的操作与上述操作的区别在于混合料的制备不同，其他操作一致，混合料制备过程中先将石墨烯与铁粉混合后，再加入二硫化钼后制得混合料，并将制得的混合料压制成压坯；分别在900、950℃、1000℃和1050℃的烧结温度下，将压坯烧结成烧结坯；对烧结坏进行整形得到轴承半成品；将所述轴承半成品充满润滑油，得到所述轴承成品。
将实施例1～6和对比例1～4制得的耐磨材料制得的含油轴承进行性能测试，测试结果如下表1所示：
表1含油轴承性能测试结果统计表
Figure BDA0002071770400000061
Figure BDA0002071770400000071
Figure BDA0002071770400000081
从上表1可以看出，本发明实施例方案产品金相构成主要金相为铁素体，无渗碳体，产品含有约20％的空隙，可以保证含油率在18％以上；添加有铜锡固溶体的耐磨材料在轴承制备过程中烧结温度更低；不添加铜锡成分的耐磨材料在制备轴承时，同样强度，烧结温度要提高100℃以上，同时，当二硫化钼的含量增加到2.5％时，虽可使得轴承金相中不含珠光体和渗碳体，但产品的强度较低，因此，二硫化钼与石墨烯的含量应在本发明方案的范围内，方可制得理想的轴承。
取上述操作制得轴承测试其在金相显微镜下放大400倍的表面形态，其中，实施例1方案制得的轴承如图1(900℃烧结)和2(1000℃烧结)所示，对照例1和对照例4制得的轴承如图3和图4所示。从图1中可以看出，本发明实施例方案在900℃下烧结产品金相中，为100％铁素体，无珠光体和渗碳体；图2中，以铁素体为主，有少量珠光体，没有渗碳体。而不添加二硫化钼的轴承，1000℃烧结后无铁素体，90％以上珠光体，大量网状渗碳体，导致轴承硬度极高，无法磨合。用石墨替换石墨烯后，同样温度(900℃)烧结后产品金相：100％铁素体，无珠光体和渗碳体，但石墨颗粒大，占据产品较大空间，导致产品含油率降低，强度降低，添加石墨的产品由于石墨很轻，需要占据空间，导致孔隙率降低，含油率降低，因此，添加石墨的耐磨材料制得的轴承的含油率只有不到15％。
取上述实施例2、对照例1和6制得的轴承进行压力-温度变化关系测试，测试方法为：起始加载压力为10N，磨合一小时后开始加压(每0.5h增加压力一次，每次增加10N)，测试每次加压后轴承温度变化情况，若轴承温度达到110℃后，判定为润滑失效，轴承损坏。测试结果如图5所示，不添加二硫化钼时，有渗碳体产生，硬并且脆；轴承工作时，渗碳体发生脱落，导致温度极为不稳定，并且导致温度急速升高，轴承失效。不添加石墨烯时，随着压力增加，温度升高，到达一定压力，温度迅速升高，导致轴承失效，轴承承载力偏低。本发明实施例方案制得的轴承，随着压力增加，温度升高有限，不断增加压力，温度变化温和，轴承承载能力提升数倍。
常规轴承增加压力时，温度升高且很快就达到极限值(常规润滑油极限工作温度为120摄氏度)。单纯添加石墨的铁基含油轴承，温度升高更快(珠光体、渗碳体太硬无法磨合，导致磨损加剧)。而本发明实施例方案制得的轴承，增加压力后，温度升高慢，且到一定压力后，增加压力温度并不再升高。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种轴承，其特征在于：所述轴承的制备原料由耐磨材料制备而成，所述耐磨材料由以下重量百分数的组分制备而成：石墨烯1~2%，二硫化钼 0.3~1%，铜锡固溶体2~4%，余量为铁粉；其中，所述铜锡固溶体中铜的含量为85~95%；
所述轴承通过以下步骤制备而得：
S1、称取轴承的制备原料并将各种制备原料成分进行混合，制得混合料，并将制得的混合料压制成压坯，其中，石墨烯、二硫化钼和铁粉的混合顺序为：先将石墨烯与二硫化钼混合后，再加入铁粉；
S2、在950~1050℃的烧结温度下，将压坯烧结成烧结坯；
S3、对上述操作制得的烧结坯进行整形得到轴承半成品；
S4、将所述轴承半成品充满润滑油，得到所述轴承成品。
2.一种如权利要求1所述的轴承的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、称取轴承的制备原料并将各种制备原料成分进行混合，制得混合料，并将制得的混合料压制成压坯，其中，石墨烯、二硫化钼和铁粉的混合顺序为：先将石墨烯与二硫化钼混合后，再加入铁粉；
S2、在950~1050℃的烧结温度下，将压坯烧结成烧结坯；
S3、对上述操作制得的烧结坯进行整形得到轴承半成品；
S4、将所述轴承半成品充满润滑油，得到所述轴承成品。
3.根据权利要求2所述的轴承的制备方法，其特征在于：所述石墨烯以石墨烯分散液的形式添加到材料中。
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