CN110486383B - 一种气体静压轴承基体及其表面微结构的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气体静压轴承基体及其表面微结构的制作方法，该制作方法为，S1、取花岗岩对其尺寸进行加工，加工至所需尺寸；S2、对花岗岩的气浮面进行粗糙处理；S3、在花岗岩的功能气浮面镀上一层膜层；S4、对膜层表面进行打磨至气体静压轴承的气浮面所需要求；S5、在膜层的表面进行微结构的加工，成型气体静压轴承表面微结构。通过在花岗岩表面镀上一层膜层，并在膜层的表面进行微结构的加工，既可保留采用花岗岩材料作为基体材料具有质量轻、热稳定性好的优点，又实现了金属表面微细结构的可加工性，提高花岗岩的适用范围。

Description

一种气体静压轴承基体及其表面微结构的制作方法
技术领域
本发明涉及气体静压轴承的生产与制造，尤其是涉及一种气体静压轴承基体及其表面微结构的制作方法。
背景技术
花岗岩由于其热稳定性好，比刚度高，成为制作空气轴承的一种适宜材料；然而由于花岗岩本身的材料特性(颗粒大、脆性高)，很难在花岗岩上加工出像在金属表面一样的高质量的微结构，进而限制了花岗岩材料做空气轴承的使用性能；在其表面雕刻微结构是提升气体静压轴承刚度的典型方式，而在花岗岩上直接加工微结构具有加工质量差，具体表现在边缘崩碎、底面粗糙度差，并且可实现的结构尺寸特征受限，具体表现在很难加工出0.1mm以内的结构特征。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种气体静压轴承基体及其表面微结构的制作方法，通过镀膜提升气浮面的可加工性。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种气体静压轴承基体，包括花岗岩以及设置于花岗岩气浮面上的易于加工的膜层。
进一步具体的，所述的膜层由Mo、Pr、Zn、Si、Pb、Pd、Fe以及Cu组合而成。
进一步具体的，所述的膜层中各成分的重量配比为：
Figure BDA0002180118240000011
Figure BDA0002180118240000021
进一步具体的，所述的膜层中各成分的重量配比为：
Figure BDA0002180118240000022
一种基于气体静压轴承基体表面微结构的制作方法，该制作方法为，
S1、取花岗岩对其尺寸进行加工，加工至所需尺寸；
S2、对花岗岩的气浮面进行粗糙处理；
S3、在花岗岩的功能气浮面镀上一层易于加工的膜层；
S4、对膜层表面进行打磨至气体静压轴承的气浮面所需要求；
S5、在膜层的表面进行微结构的加工，成型气体静压轴承表面微结构。
进一步具体的，在所述的步骤S3中采用真空镀膜或者热喷涂的方式进行镀膜。
进一步具体的，所述的步骤S3中膜层的厚度控制在20-100um。
进一步具体的，在所述的步骤S4中将膜层表面精密磨削或研磨达到气浮面的面型精度为0.5～1.5um。
进一步具体的，在所述的步骤S5中在膜层表面采用微细铣削或者电化学进行微纳加工，成型气体静压轴承表面微结构。
本发明的有益效果是：通过在花岗岩表面镀上一层膜层，并在膜层的表面进行微结构的加工，既可保留采用花岗岩材料作为基体材料具有质量轻、热稳定性好的优点，又实现了金属表面微细结构的可加工性，提高花岗岩的适用范围。
附图说明
图1是本发明第一种微结构的设计示意图；
图2是本发明第二种微结构的设计示意图；
图3是本发明第三种微结构的设计示意图；
图4是本发明实施例的效果图。
图5是本发明三种微结构的性能图。
具体实施方式
下面对本发明作详细的描述。
一种气体静压轴承表面微结构的制作方法，该制作方法为，
S1、取花岗岩对其尺寸进行加工，加工至所需尺寸；
根据气体静压轴承的大小不同，对花岗岩进行加工，通过切割机从大尺寸的花岗岩切取合适的尺寸，在通过研磨达到所需尺寸。
S2、对花岗岩的气浮面进行粗糙处理；
将气浮面加工为粗糙面，以便增加与膜层的接触面积，使膜层接触的更加牢固。
S3、在花岗岩的功能气浮面镀上一层易于加工的膜层；
采用真空镀膜、热喷涂或其他镀膜方式，在花岗岩气浮面上镀一层具有一定厚度的膜层，该膜层的厚度控制在20-100um；可以根据不同的气体静压轴承的尺寸以及功能要求，在该范围内进行选取。
S4、对膜层表面进行打磨至气体静压轴承的气浮面所需要求；
将膜层的气浮面精密磨削或研磨达到气浮面的面型精度为0.5～1.5um。
S5、在膜层的表面进行微结构的加工，成型气体静压轴承表面微结构；
在膜层表面采用微细铣削或者电化学进行微纳加工，成型气体静压轴承表面微结构。
上述的膜层由Mo、Pr、Zn、Si、Pb、Pd、Fe以及Cu组合而成，其各种物质按照质量百分比的成分范围为：Mo为70～80％，Pr为3～4％，Zn为0.4～1％，Si为8～9％，Pb为1～2％，Pd为3～4％，Fe为3～4％，Cu为2～3％。
气体静压轴承的基体由花岗岩以及设置在花岗岩上气浮面上的膜层构成，花岗岩质量轻、热稳定性好，而膜层方便加工微结构，两者结合提高性能。
实施例：
首先选取成型膜层的材料备用，该材料按照质量配比为Mo为76.1％，Pr为3.57％，Zn为0.44％，Si为8.36％，Pb为1.9％，Pd为3.68％，Fe为3.76％，Cu为2.19％。
选取适合体积的花岗岩将其切割至略大于气体静压轴承的实际尺寸，并通过研磨达到所需尺寸，使得花岗岩的面都呈光滑面；之后为了在镀膜过程中使得膜层与花岗岩贴合紧密，在花岗岩的气浮面上进行粗糙处理形成粗糙面。
采用真空镀膜的方式将上述合金材料附着在花岗岩的气浮面，其厚度控制在50um；该厚度可以加工微结构高度小于50um的为结构；之后对膜层的气浮面采用精密磨削的加工方法使得气浮面的面型精度到达1um左右。
最后，采用微细铣削的方式进行微纳加工，将所需微结构加工至膜层表面。
通过上述方式加工了三种微结构进行对比，如图1、图2以及图3所示，三种微结构所到的效果基本一致，其承载力、刚度以及耗气量随着气膜的厚度进行变化，图4为该实施例的效果图。从图5中可以看出该微结构适合气膜较薄的气体静压轴承，并且与传统相比具有很大改善，尤其是在刚度，当气膜达到7～8um时刚度最大，可以将气膜厚度控制在这个范围内，以提高气体静压轴承的刚度。
综上，通过上述方式加工对微结构进行加工，首先既可保留采用花岗岩材料作为基体材料具有质量轻、热稳定性好的优点，又实现了类似于金属表面的微结构可加工性，适合用于气膜厚度较小的气体静压轴承，能够提高其刚度。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种气体静压轴承基体，其特征在于，包括花岗岩以及设置于花岗岩气浮面上的易于加工的膜层；所述的膜层由Mo、Pr、Zn、Si、Pb、Pd、Fe以及Cu组合而成；所述的膜层中各成分的重量配比为：
Figure FDA0002704063870000011
2.根据权利要求1所述的气体静压轴承基体，其特征在于，所述的膜层中各成分的重量配比为：
Figure FDA0002704063870000012
3.一种基于权利要求1所述气体静压轴承基体表面微结构的制作方法，其特征在于，该制作方法为，
S1、取花岗岩对其尺寸进行加工，加工至所需尺寸；
S2、对花岗岩的气浮面进行粗糙处理；
S3、在花岗岩的功能气浮面镀上一层易于加工的膜层；
S4、对膜层表面进行打磨至气体静压轴承的气浮面所需要求，将膜层表面精密磨削或研磨达到气浮面的面型精度为0.5～1.5um；
S5、在膜层的表面进行微结构的加工，成型气体静压轴承表面微结构。
4.根据权利要求3所述的气体静压轴承基体表面微结构的制作方法，其特征在于，在所述的步骤S3中采用真空镀膜或者热喷涂的方式进行镀膜。
5.根据权利要求3所述的气体静压轴承基体表面微结构的制作方法，其特征在于，所述的步骤S3中膜层的厚度控制在20-100um。
6.根据权利要求3所述的气体静压轴承基体表面微结构的制作方法，其特征在于，在所述的步骤S5中在膜层表面采用微细铣削或者电化学进行微纳加工，成型气体静压轴承表面微结构。
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