CN110395990B - 一种高质量轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高质量轴承，该轴承包括陶瓷球轴承滚动体，所述陶瓷球轴承滚动体由如下方法制备得到：S1陶瓷原料制备：将陶瓷原料按比例混合均匀，过120目筛，置于球磨机中球磨；S2压制成形：将步骤S1所得粉料置于磨具中采用冷等静压方法压制成球形；S3烧结：在氮气气氛中，将粉料置于模具中在烧结炉中升温至1750℃，保温3h，停止加热后随炉冷却至室温；S4研磨抛光。本发明的轴承具有低摩擦系数、缺陷少、稳定性高、耐磨、自润滑及刚性好等优势，所采用的原材料简单，可以减少原材料的消耗和企业的成本。

Description

一种高质量轴承
技术领域
本发明涉及一种高质量轴承。
背景技术
滚动轴承作为机械工业中重要的基础性零件，其被大规模的应用于航空航天、交通运输、机械制造等国民工业的多个领域，有着支撑和减少摩擦的作用，是旋转机械装置中必不可少的部件之一，同时也是最容易损坏的零部件之一。而轴承滚子作为滚动轴承中最常用的滚动体，起到传递力并承受负荷的作用，其质量的优劣，将在一定程度上影响轴承的性能、精度和使用寿命。当轴承滚子存在缺陷时，将削弱轴承的稳定性，严重时甚至会引起重大的安全事故；另一方面，轴承滚子表面缺陷的产生，也将极大的增加原材料的消耗和企业的成本。
目前，陶瓷轴承的加工问题一直制约着其发展。当前，陶瓷球轴承已经拥有较为成熟的加工方法，而陶瓷滚子轴承的滚子抛光技术却并不完善。目前对陶瓷滚子进行抛光加工最常用的方法是金刚石砂轮抛光。采用细微磨粒的金刚石砂轮对陶瓷滚子进行抛光加工，能够获得较高的表面质量，但是其抛光效率较低，不适用于大规模批量化生产。与此同时，研究表明，在用金刚石砂轮对陶瓷滚子进行抛光过程中，坚硬的抛光磨粒会在滚子表面产生许多划痕和裂纹，这将对陶瓷滚子的工件强度和表面精度产生很大的影响，进而影响到陶瓷轴承的使用寿命。因此，对陶瓷滚子的抛光方法进行研究，寻求出一种高效、高精度的新型抛光方法是很有必要的。
与轴承钢相同，氮化硅(Si3N4)失效模式均为疲劳失效。由于其密度为3.1～3.3g/cm3，仅为轴承钢的40％，因此滚动体的质量较轻，惯性较小，在轴承快速启停中，保持架承受的应力较低，并且轴承高速运转时的摩擦显著降低，意味着运转温度更低，且润滑剂的使用寿命更长，所以陶瓷混合轴承适用于高dm·n值工况。在边界润滑状态，Si3N4和钢材之间不易发生黏合，使得陶瓷混合轴承在恶劣动态条件或低工作黏度(K＜1)润滑下运行时，寿命比钢制轴承长。国内外的研究结果表明，应用陶瓷材料制造滚动体可显著提高高速轴承的使用性能和寿命。
中国授权专利CN103011835B公开了一种高致密度复合陶瓷球轴承滚动体的生产工艺，属于轴承滚动体制备领域。该工艺包括陶瓷烧结和研磨两个步骤，烧结步骤可以实现在常压下烧结氮化硅-氮化铝-立方氮化硼复合陶瓷球材料；研磨步骤各个研磨阶段的研磨剂包括粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂。这些研磨剂在研磨各个阶段中配合使用，可达到研磨效率高，对陶瓷本体污染少，提高研磨效率、减少研磨时间的效果。该陶瓷球轴承滚动体具有低密度、高硬度、低摩擦系数，耐磨、自润滑及刚性好等，可广泛用作轴承的滚动体。
然而，上述专利中涉及的滚动体的表面缺陷仍然比较明显，难以满足高精密工艺的要求。
发明内容
为了解决现有技术中滚动体的表面缺陷仍然比较明显，难以满足高精密工艺的要求的技术问题，本发明提出了如下技术方案：
一种高质量轴承，所述轴承包括陶瓷球轴承滚动体，所述陶瓷球轴承滚动体由如下方法制备得到：
S1陶瓷原料制备：将陶瓷原料按比例混合均匀，过120目筛，置于球磨机中球磨；所述陶瓷原料按重量百分比包括：β-Si3N480％，氮化铝16％，氮化硼3％，三氧化二钇0.5％，氟化钙0.5％；
S2压制成形：将步骤S1所得粉料置于磨具中采用冷等静压方法压制成球形；
S3烧结：在氮气气氛中，将粉料置于模具中在烧结炉中升温至1750℃，保温3h，停止加热后随炉冷却至室温；
S4研磨抛光：将步骤S3所得的陶瓷球进行研磨抛光，即得陶瓷球轴承滚动体；
所述S4研磨抛光包括如下步骤：
I.粗磨：载荷压力10N/球；所述粗磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为20～50μm；
II.精磨：载荷压力2N/球；所述精磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为1～5μm；
III.超精磨：0.5N/球；所述超精磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为0.01～0.5μm。
优选地，所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂，按质量百分比，由下述组分组成：
改性金刚石颗粒25％，聚乙二醇72％，磷酸氢钙1.5％，三聚磷酸钠0.5％，十二烷基磺酸钠0.5％，硅酸钠0.5％；
将三种研磨剂与水按质量比1:1混合后分阶段用于研磨陶瓷球。
优选地，所述改性金刚石的制备过程包括如下步骤：
步骤1将金刚石颗粒在氢氧化钠溶液中95℃恒温搅拌3h，然后洗涤至中性烘干；
步骤2将改性剂溶于甲苯溶液中获得改性剂溶液；
步骤3将步骤1中烘干后的金刚石颗粒加入到步骤2的改性剂溶液中在80℃恒温反应3h；
步骤4反应结束后，用丙酮洗涤，真空抽滤后干燥，即得改性金刚石颗粒；
所述改性剂的用量为金刚石颗粒重量的6wt％；
其中改性剂由化合物(1)和化合物(2)按照质量比为1～4：1构成；
化合物(1)的结构式如下：
Figure BDA0002181312390000031
化合物(2)的结构式如下：
Figure BDA0002181312390000032
优选地，所述改性剂由化合物(1)和化合物(2)按照质量比为3：1构成。
本发明的技术方案具有如下由益效果：
(1)相比于现有技术(CN103011835B)中使用未改性金刚石颗粒，本发明使用了改性金刚石颗粒可以大幅度提高陶瓷球轴承滚动体的抛光效果，减少陶瓷球轴承滚动体的表面缺陷，进而提高轴承的应用质量；
(2)相比于使用单一的改性剂对金刚石颗粒进行改性处理，使用复合改性剂更有利于提高改性效果，且化合物(1)和化合物(2)按照质量比为3：1时改性效果最佳。
(3)本发明的轴承具有低摩擦系数、缺陷少、稳定性高、耐磨、自润滑及刚性好等优势，所采用原材料简单，可以减少原材料的消耗和企业的成本。
附图说明
图1为含有陶瓷球轴承滚动体的轴承。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例和对比例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
一种高质量轴承，所述轴承包括陶瓷球轴承滚动体，所述陶瓷球轴承滚动体由如下方法制备得到：
S1陶瓷原料制备：将陶瓷原料按比例混合均匀，过120目筛，置于球磨机中球磨；所述陶瓷原料按重量百分比包括：β-Si3N480％，氮化铝16％，氮化硼3％，三氧化二钇0.5％，氟化钙0.5％；
S2压制成形：将步骤S1所得粉料置于磨具中采用冷等静压方法压制成球形；
S3烧结：在氮气气氛中，将粉料置于模具中在烧结炉中升温至1750℃，保温3h，停止加热后随炉冷却至室温；
S4研磨抛光：将步骤S3所得的陶瓷球进行研磨抛光，即得陶瓷球轴承滚动体；
所述S4研磨抛光包括如下步骤：
I.粗磨：载荷压力10N/球；所述粗磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为20～50μm；
II.精磨：载荷压力2N/球；所述精磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为1～5μm；
III.超精磨：0.5N/球；所述超精磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为0.01～0.5μm。
所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂，按质量百分比，由下述组分组成：
改性金刚石颗粒25％，聚乙二醇72％，磷酸氢钙1.5％，三聚磷酸钠0.5％，十二烷基磺酸钠0.5％，硅酸钠0.5％；
将三种研磨剂与水按质量比1:1混合后分阶段用于研磨陶瓷球。
所述改性金刚石的制备过程包括如下步骤：
步骤1将金刚石颗粒在氢氧化钠溶液中95℃恒温搅拌3h，然后洗涤至中性烘干；
步骤2将改性剂溶于甲苯溶液中获得改性剂溶液；
步骤3将步骤1中烘干后的金刚石颗粒加入到步骤2的改性剂溶液中在80℃恒温反应3h；
步骤4反应结束后，用丙酮洗涤，真空抽滤后干燥，即得改性金刚石颗粒；
所述改性剂的用量为金刚石颗粒重量的6wt％；
其中改性剂由化合物(1)和化合物(2)按照质量比为3：1构成；
化合物(1)的结构式如下：
Figure BDA0002181312390000051
化合物(2)的结构式如下：
Figure BDA0002181312390000052
实施例2
一种高质量轴承，所述轴承包括陶瓷球轴承滚动体，所述陶瓷球轴承滚动体由如下方法制备得到：
S1陶瓷原料制备：将陶瓷原料按比例混合均匀，过120目筛，置于球磨机中球磨；所述陶瓷原料按重量百分比包括：β-Si3N480％，氮化铝16％，氮化硼3％，三氧化二钇0.5％，氟化钙0.5％；
S2压制成形：将步骤S1所得粉料置于磨具中采用冷等静压方法压制成球形；
S3烧结：在氮气气氛中，将粉料置于模具中在烧结炉中升温至1750℃，保温3h，停止加热后随炉冷却至室温；
S4研磨抛光：将步骤S3所得的陶瓷球进行研磨抛光，即得陶瓷球轴承滚动体；
所述S4研磨抛光包括如下步骤：
I.粗磨：载荷压力10N/球；所述粗磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为20～50μm；
II.精磨：载荷压力2N/球；所述精磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为1～5μm；
III.超精磨：0.5N/球；所述超精磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为0.01～0.5μm。
所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂，按质量百分比，由下述组分组成：
改性金刚石颗粒25％，聚乙二醇72％，磷酸氢钙1.5％，三聚磷酸钠0.5％，十二烷基磺酸钠0.5％，硅酸钠0.5％；
将三种研磨剂与水按质量比1:1混合后分阶段用于研磨陶瓷球。
所述改性金刚石的制备过程包括如下步骤：
步骤1将金刚石颗粒在氢氧化钠溶液中95℃恒温搅拌3h，然后洗涤至中性烘干；
步骤2将改性剂溶于甲苯溶液中获得改性剂溶液；
步骤3将步骤1中烘干后的金刚石颗粒加入到步骤2的改性剂溶液中在80℃恒温反应3h；
步骤4反应结束后，用丙酮洗涤，真空抽滤后干燥，即得改性金刚石颗粒；
所述改性剂的用量为金刚石颗粒重量的6wt％；
其中改性剂由化合物(1)和化合物(2)按照质量比为4：1构成；
化合物(1)的结构式如下：
Figure BDA0002181312390000061
化合物(2)的结构式如下：
Figure BDA0002181312390000071
实施例3
一种高质量轴承，所述轴承包括陶瓷球轴承滚动体，所述陶瓷球轴承滚动体由如下方法制备得到：
S1陶瓷原料制备：将陶瓷原料按比例混合均匀，过120目筛，置于球磨机中球磨；所述陶瓷原料按重量百分比包括：β-Si3N480％，氮化铝16％，氮化硼3％，三氧化二钇0.5％，氟化钙0.5％；
S2压制成形：将步骤S1所得粉料置于磨具中采用冷等静压方法压制成球形；
S3烧结：在氮气气氛中，将粉料置于模具中在烧结炉中升温至1750℃，保温3h，停止加热后随炉冷却至室温；
S4研磨抛光：将步骤S3所得的陶瓷球进行研磨抛光，即得陶瓷球轴承滚动体；
所述S4研磨抛光包括如下步骤：
I.粗磨：载荷压力10N/球；所述粗磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为20～50μm；
II.精磨：载荷压力2N/球；所述精磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为1～5μm；
III.超精磨：0.5N/球；所述超精磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为0.01～0.5μm。
所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂，按质量百分比，由下述组分组成：
改性金刚石颗粒25％，聚乙二醇72％，磷酸氢钙1.5％，三聚磷酸钠0.5％，十二烷基磺酸钠0.5％，硅酸钠0.5％；
将三种研磨剂与水按质量比1:1混合后分阶段用于研磨陶瓷球。
所述改性金刚石的制备过程包括如下步骤：
步骤1将金刚石颗粒在氢氧化钠溶液中95℃恒温搅拌3h，然后洗涤至中性烘干；
步骤2将改性剂溶于甲苯溶液中获得改性剂溶液；
步骤3将步骤1中烘干后的金刚石颗粒加入到步骤2的改性剂溶液中在80℃恒温反应3h；
步骤4反应结束后，用丙酮洗涤，真空抽滤后干燥，即得改性金刚石颗粒；
所述改性剂的用量为金刚石颗粒重量的6wt％；
其中改性剂由化合物(1)和化合物(2)按照质量比为2：1构成；
化合物(1)的结构式如下：
Figure BDA0002181312390000081
化合物(2)的结构式如下：
Figure BDA0002181312390000082
实施例4
一种高质量轴承，所述轴承包括陶瓷球轴承滚动体，所述陶瓷球轴承滚动体由如下方法制备得到：
S1陶瓷原料制备：将陶瓷原料按比例混合均匀，过120目筛，置于球磨机中球磨；所述陶瓷原料按重量百分比包括：β-Si3N480％，氮化铝16％，氮化硼3％，三氧化二钇0.5％，氟化钙0.5％；
S2压制成形：将步骤S1所得粉料置于磨具中采用冷等静压方法压制成球形；
S3烧结：在氮气气氛中，将粉料置于模具中在烧结炉中升温至1750℃，保温3h，停止加热后随炉冷却至室温；
S4研磨抛光：将步骤S3所得的陶瓷球进行研磨抛光，即得陶瓷球轴承滚动体；
所述S4研磨抛光包括如下步骤：
I.粗磨：载荷压力10N/球；所述粗磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为20～50μm；
II.精磨：载荷压力2N/球；所述精磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为1～5μm；
III.超精磨：0.5N/球；所述超精磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为0.01～0.5μm。
所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂，按质量百分比，由下述组分组成：
改性金刚石颗粒25％，聚乙二醇72％，磷酸氢钙1.5％，三聚磷酸钠0.5％，十二烷基磺酸钠0.5％，硅酸钠0.5％；
将三种研磨剂与水按质量比1:1混合后分阶段用于研磨陶瓷球。
所述改性金刚石的制备过程包括如下步骤：
步骤1将金刚石颗粒在氢氧化钠溶液中95℃恒温搅拌3h，然后洗涤至中性烘干；
步骤2将改性剂溶于甲苯溶液中获得改性剂溶液；
步骤3将步骤1中烘干后的金刚石颗粒加入到步骤2的改性剂溶液中在80℃恒温反应3h；
步骤4反应结束后，用丙酮洗涤，真空抽滤后干燥，即得改性金刚石颗粒；
所述改性剂的用量为金刚石颗粒重量的6wt％；
其中改性剂由化合物(1)和化合物(2)按照质量比为1：1构成；
化合物(1)的结构式如下：
Figure BDA0002181312390000091
化合物(2)的结构式如下：
Figure BDA0002181312390000092
对比例1
一种高质量轴承，所述轴承包括陶瓷球轴承滚动体，所述陶瓷球轴承滚动体由如下方法制备得到：
S1陶瓷原料制备：将陶瓷原料按比例混合均匀，过120目筛，置于球磨机中球磨；所述陶瓷原料按重量百分比包括：β-Si3N480％，氮化铝16％，氮化硼3％，三氧化二钇0.5％，氟化钙0.5％；
S2压制成形：将步骤S1所得粉料置于磨具中采用冷等静压方法压制成球形；
S3烧结：在氮气气氛中，将粉料置于模具中在烧结炉中升温至1750℃，保温3h，停止加热后随炉冷却至室温；
S4研磨抛光：将步骤S3所得的陶瓷球进行研磨抛光，即得陶瓷球轴承滚动体；
所述S4研磨抛光包括如下步骤：
I.粗磨：载荷压力10N/球；所述粗磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为20～50μm；
II.精磨：载荷压力2N/球；所述精磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为1～5μm；
III.超精磨：0.5N/球；所述超精磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为0.01～0.5μm。
所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂，按质量百分比，由下述组分组成：
改性金刚石颗粒25％，聚乙二醇72％，磷酸氢钙1.5％，三聚磷酸钠0.5％，十二烷基磺酸钠0.5％，硅酸钠0.5％；
将三种研磨剂与水按质量比1:1混合后分阶段用于研磨陶瓷球。
所述改性金刚石的制备过程包括如下步骤：
步骤1将金刚石颗粒在氢氧化钠溶液中95℃恒温搅拌3h，然后洗涤至中性烘干；
步骤2将改性剂溶于甲苯溶液中获得改性剂溶液；
步骤3将步骤1中烘干后的金刚石颗粒加入到步骤2的改性剂溶液中在80℃恒温反应3h；
步骤4反应结束后，用丙酮洗涤，真空抽滤后干燥，即得改性金刚石颗粒；
所述改性剂的用量为金刚石颗粒重量的6wt％；
其中改性剂由化合物(1)构成。
对比例2
一种高质量轴承，所述轴承包括陶瓷球轴承滚动体，所述陶瓷球轴承滚动体由如下方法制备得到：
S1陶瓷原料制备：将陶瓷原料按比例混合均匀，过120目筛，置于球磨机中球磨；所述陶瓷原料按重量百分比包括：β-Si3N480％，氮化铝16％，氮化硼3％，三氧化二钇0.5％，氟化钙0.5％；
S2压制成形：将步骤S1所得粉料置于磨具中采用冷等静压方法压制成球形；
S3烧结：在氮气气氛中，将粉料置于模具中在烧结炉中升温至1750℃，保温3h，停止加热后随炉冷却至室温；
S4研磨抛光：将步骤S3所得的陶瓷球进行研磨抛光，即得陶瓷球轴承滚动体；
所述S4研磨抛光包括如下步骤：
I.粗磨：载荷压力10N/球；所述粗磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为20～50μm；
II.精磨：载荷压力2N/球；所述精磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为1～5μm；
III.超精磨：0.5N/球；所述超精磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为0.01～0.5μm。
所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂，按质量百分比，由下述组分组成：
改性金刚石颗粒25％，聚乙二醇72％，磷酸氢钙1.5％，三聚磷酸钠0.5％，十二烷基磺酸钠0.5％，硅酸钠0.5％；
将三种研磨剂与水按质量比1:1混合后分阶段用于研磨陶瓷球。
所述改性金刚石的制备过程包括如下步骤：
步骤1将金刚石颗粒在氢氧化钠溶液中95℃恒温搅拌3h，然后洗涤至中性烘干；
步骤2将改性剂溶于甲苯溶液中获得改性剂溶液；
步骤3将步骤1中烘干后的金刚石颗粒加入到步骤2的改性剂溶液中在80℃恒温反应3h；
步骤4反应结束后，用丙酮洗涤，真空抽滤后干燥，即得改性金刚石颗粒；
所述改性剂的用量为金刚石颗粒重量的6wt％。
其中改性剂由化合物(2)构成。
效果表征：实施例1-4及对比例1-2制备得到的陶瓷球轴承滚动体进行表面粗糙度检测，结果如下：
编号 表面粗糙度
实施例1 3.49nm
实施例2 3.75nm
实施例3 3.94nm
实施例4 4.22nm
对比例1 4.53nm
对比例2 4.72nm
CN103011835B 5.00nm
上述结果表明：(1)相比于现有技术(CN103011835B)中使用未改性金刚石颗粒，本发明使用了改性金刚石颗粒可以大幅度提高陶瓷球轴承滚动体的抛光效果，减少陶瓷球轴承滚动体的表面缺陷，进而提高轴承的应用质量；(2)相比于使用单一的改性剂对金刚石颗粒进行改性处理，使用复合改性剂更有利于提高改性效果，且化合物(1)和化合物(2)按照质量比为3：1时改性效果最佳。

Claims (2)

1.一种高质量轴承，其特征在于，所述轴承包括陶瓷球轴承滚动体，所述陶瓷球轴承滚动体由如下方法制备得到：
S1陶瓷原料制备：将陶瓷原料按比例混合均匀，过120目筛，置于球磨机中球磨；所述陶瓷原料按重量百分比包括：β-Si3N480％，氮化铝16％，氮化硼3％，三氧化二钇0.5％，氟化钙0.5％；
S2压制成形：将步骤S1所得粉料置于磨具中采用冷等静压方法压制成球形；
S3烧结：在氮气气氛中，将粉料置于模具中在烧结炉中升温至1750℃，保温3h，停止加热后随炉冷却至室温；
S4研磨抛光：将步骤S3所得的陶瓷球进行研磨抛光，即得陶瓷球轴承滚动体；所述S4研磨抛光包括如下步骤：
I.粗磨：载荷压力10N/球；所述粗磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为20～50μm；
II.精磨：载荷压力2N/球；所述精磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为1～5μm；
III.超精磨：0.5N/球；所述超精磨研磨剂中，改性金刚石颗粒的粒度为0.01～0.5μm；
所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂，按质量百分比，由下述组分组成：改性金刚石颗粒25％，聚乙二醇72％，磷酸氢钙1.5％，三聚磷酸钠0.5％，十二烷基磺酸钠0.5％，硅酸钠0.5％；
将三种研磨剂与水按质量比1:1混合后分阶段用于研磨陶瓷球；
所述改性金刚石的制备过程包括如下步骤：
步骤1将金刚石颗粒在氢氧化钠溶液中95℃恒温搅拌3h，然后洗涤至中性烘干；
步骤2将改性剂溶于甲苯溶液中获得改性剂溶液；
步骤3将步骤1中烘干后的金刚石颗粒加入到步骤2的改性剂溶液中在80℃恒温反应3h；
步骤4反应结束后，用丙酮洗涤，真空抽滤后干燥，即得改性金刚石颗粒；
所述改性剂的用量为金刚石颗粒重量的6wt％；
其中改性剂由化合物(1)和化合物(2)按照质量比为1～4：1构成；
化合物(1)的结构式如下：
Figure FDA0002489207880000021
化合物(2)的结构式如下：
Figure FDA0002489207880000022
2.根据权利要求1所述的高质量轴承，其特征在于，所述改性剂由化合物(1)和化合物(2)按照质量比为3：1构成。
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