CN111734737B - 一种具有多功能涂层的关节轴承及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有多功能涂层的关节轴承及其制备方法，关节轴承的外圈与内圈相对设置，多功能涂层及自润滑衬垫位于所述外圈与内圈之间，且自润滑衬垫位于多功能涂层与内圈之间；多功能涂层，从外圈的内侧面至内圈的内侧面的方向依次包括：过渡层、合金阻尼层、绝缘层以及隔热层；隔热层与自润滑衬垫的内侧面相贴合；自润滑衬垫的外侧面与内圈相贴合。本发明通过在关节轴承的内侧面上设置多功能涂层，来提高关节轴承使用寿命，改善关节轴承的性能。

Description

一种具有多功能涂层的关节轴承及其制备方法
技术领域
本发明涉及关节轴承技术领域，特别是涉及一种具有多功能涂层的关节轴承及其制备方法。
背景技术
关节轴承主要由内圈和外圈组成，具有能够承受径向负荷、轴向负荷的特点，运动时可以在一定范围内旋转与摆动，是摆动机构装置中的基础零部件，在机械装备、航空航天、能源动力、交通运输等工程领域中被广泛应用。
由于关节轴承普遍存在承受载荷大、工作环境恶劣、寿命要求高的问题，很多重要场合的关节轴承，如起落架用关节轴承无法满足长寿命、高承载的要求。相关技术中，是通过自润滑衬垫降摩技术来提高关节轴承的性能，但是由于自润滑衬垫功能单一，导致相关技术中提升关节轴承性能的效果并不理想。因此，如何提高关节轴承使用寿命，改善关节轴承的性能成为技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种具有多功能涂层的关节轴承及其制备方法，以达到提高关节轴承使用寿命，改善关节轴承的性能的技术效果。
本发明实施的一方面，提供了一种具有多功能涂层的关节轴承，包括：外圈、多功能涂层、自润滑衬垫以及内圈，其中，所述外圈与内圈相对设置，所述多功能涂层及自润滑衬垫位于所述外圈与内圈之间，且所述自润滑衬垫位于所述多功能涂层与内圈之间；
所述多功能涂层，从所述外圈的内侧面至所述内圈的内侧面的方向依次包括：过渡层、合金阻尼层、绝缘层以及隔热层；
所述隔热层与所述自润滑衬垫的内侧面相贴合；
所述自润滑衬垫的外侧面与所述内圈相贴合。
可选的，所述过渡层为NiCrAlY涂层，厚度为：1-5um。
可选的，所述合金阻尼层为Fe-Cr-Al系合金阻尼涂层，厚度为：10-30um。
可选的，所述绝缘层为Al2O3陶瓷涂层，厚度为：15-25um。
可选的，所述隔热层为YSZ涂层，厚度为：30-50um。
本发明实施的又一方面，还提供了一种具有多功能涂层的关节轴承的制备方法，应用于关节轴承，所述关节轴承包括：外圈、多功能涂层、自润滑衬垫以及内圈，所述外圈与所述内圈相对设置，所述外圈与所述内圈相对内侧中设置所述多功能涂层及自润滑衬垫，所述方法包括：
清洗所述外圈的内侧面；
在本底真空10-4Pa，工作压力0.5-1Pa的条件下，选用NiCrAlY合金靶材通过多弧离子镀方式在所述内侧面上沉积形成过渡层，选用Fe-Cr-Al系合金靶材通过多弧离子镀方式在所述过渡层上沉积形成合金阻尼层；
选用α-Al2O3粉末通过等离子喷涂方式在所述合金阻尼层上形成绝缘层；
选用Zr/Y靶材通过多弧离子镀方式在所述绝缘层上沉积形成隔热层；
在所述隔热层上通过干法浸料的方式制备自润滑衬垫；
在所述自润滑衬垫外侧贴合所述内圈构成具有多功能涂层的关节轴承。
可选的，所述清洗所述外圈的内侧面的过程，包括：
采用纯丙酮清洗所述内侧面的表面；
采用去离子水超声波清洗所述内侧面；
采用酒精清洗所述内侧面；
用高压风机吹干所述内侧面；
在真空室内对所述内侧面进行真空除气；
采用粒子轰击所述内侧面。
可选的，在选用α-Al2O3粉末通过等离子喷涂方式在所述合金阻尼层上形成绝缘层的过程之前，还包括：
采用高能Ag+离子轰击所述合金阻尼层表面，对所述合金阻尼层进行改性处理。
可选的，在对所述合金阻尼层进行改性处理的过程之后，选用α-Al2O3粉末通过等离子喷涂方式在所述合金阻尼层上形成绝缘层的过程之前，还包括：
在低于Fe-Cr-Al合金居里点的退火温度下，进行磁场退火处理。
可选的，在所述隔热层上通过干法浸料的方式制备自润滑衬垫，为：
采用聚四氟乙烯和芳纶纤维通过混合编织制备所述自润滑衬垫；
将所述自润滑衬垫粘贴在所述隔热层的表面。
本发明提供的一种具有多功能涂层的关节轴承及其制备方法，关节轴承的外圈与内圈相对设置，多功能涂层及自润滑衬垫位于所述外圈与内圈之间，且自润滑衬垫位于多功能涂层与内圈之间；多功能涂层，从外圈的内侧面至内圈的内侧面的方向依次包括：过渡层、合金阻尼层、绝缘层以及隔热层；隔热层与自润滑衬垫的内侧面相贴合；自润滑衬垫的外侧面与内圈相贴合。本发明通过在关节轴承的内侧面上设置多功能涂层，来提高关节轴承使用寿命，改善关节轴承的性能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种具有多功能涂层的关节轴承的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种具有多功能涂层的关节轴承的局部结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种具有多功能涂层的关节轴承的制备方法；
图4为本发明实施例提供的一种金相图；
图5为本发明实施例提供的一种双导铜箔导电胶带示意图；
图6为本发明实施例提供的一种剥离强度测试示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
参见图1和图2，为本发明实施例提供的一种具有多功能涂层的关节轴承的结构示意图，包括：外圈、多功能涂层、自润滑衬垫以及内圈；
其中，外圈与内圈相对设置，多功能涂层及自润滑衬垫位于外圈与内圈之间，且自润滑衬垫位于多功能涂层与内圈之间；
多功能涂层，从外圈的内侧面至内圈的内侧面的方向依次包括：过渡层、合金阻尼层、绝缘层以及隔热层；
隔热层与自润滑衬垫的内侧面相贴合；
自润滑衬垫的外侧面与内圈相贴合。
在实施中，外圈的内侧面和内圈的内侧面可以为球面。
在实施中，过渡层可以为NiCrAlY涂层，厚度可以为：1-5um，NiCrAlY过渡粘结层均非常致密，有利于增强涂层与基体之间的结合力，涂层太厚(大于5um)，过渡层涂层容易脱落。NiCrAlY作为常见的热障防护材料，具有优异的抗高温氧化、电阻温度系数小、热膨胀系数与基体材料匹配等特点。
在实施中，合金阻尼层可以为Fe-Cr-Al系合金阻尼涂层，厚度可以为：10-30um，合金阻尼层小于10um的情况下，合金阻尼层损耗因子太小，阻尼吸振效果不明显；合金阻尼层大于30um的情况下，层间结合力差，易脱落。
在实施中，绝缘层可以为Al2O3陶瓷涂层，厚度可以为：15-25um，陶瓷涂层小于15um的情况下，绝缘效果不理想；考虑到涂层总厚度的限制，在实现涂层绝缘性能前提下，控制陶瓷涂层厚度，以满足关节轴承游隙控制要求。
在实施中，隔热层可以为YSZ(Yttria Stabilized Zirco-nia,钇稳定氧化锆)涂层，厚度可以为：30-50um，考虑到关节轴承游隙控制要求以及其应用温度载荷，在满足隔热性能和力学性能的情况下，通过控制隔热层厚度实现游隙大小的控制。
本发明实施例通过在关节轴承外圈的内侧面上依次涂覆过渡层、合金阻尼层、绝缘层以及隔热层，来提高关节轴承的抗冲击、耐腐蚀、隔热、绝缘、自润滑等性能，延长关节轴承的使用寿命。
参见图3，为本发明实施例提供的一种具有多功能涂层的关节轴承的制备方法，应用于关节轴承，关节轴承包括：外圈、多功能涂层、自润滑衬垫以及内圈，外圈与内圈相对设置，外圈与内圈相对内侧中设置多功能涂层及自润滑衬垫，方法包括：
S300，清洗外圈的内侧面。
在实施中，在清洗之前可以根据内侧面滚道的材料状态选择适当的抛光工艺进行抛光，之后可以依次采用纯丙酮清洗内侧面的表面；采用去离子水超声波清洗内侧面；采用酒精清洗内侧面；用高压风机吹干内侧面；在真空室内对内侧面进行真空除气；采用粒子轰击内侧面，来完成外圈的内侧面的清洗。
S310，在本底真空10-4Pa，工作压力0.5-1Pa的条件下，选用NiCrAlY合金靶材通过多弧离子镀方式在内侧面上沉积形成厚度可以为1-5um的过渡层，选用Fe-Cr-Al系合金靶材通过多弧离子镀方式在过渡层上沉积形成厚度可以为10-30um的合金阻尼层。
在实施中，沉积工作气体选用高纯氩，也就是氩的纯度高于99.999％。
在实施中，在采用多弧离子镀先后沉积形成过渡层和合金阻尼层之后，根据沉积过程和涂层成分设计热处理工艺，热处理方式可以采用真空退火方式，退火时间2-4h。
在实施中，在采用多弧离子镀先后沉积形成过渡层和合金阻尼层之后，还可以采用高能Ag+离子轰击合金阻尼层表面，对合金阻尼层进行改性处理。
参见图4，为本发明实施例提供的一种采用金相显微镜观察NiCrAlY过渡层和Fe-Cr-Al合金阻尼涂层低倍下的微观结构分布，选用扫描电镜观察涂层样件高倍下的微观形貌特征。
在实施中，进行力学性能测试时，可以采用动态力学分析仪(DMAT)测试合金阻尼层的弹性和阻尼性能，得到不同温度下的弹性模量和损耗因子，合金阻尼层损耗因子通常为0.001-0.016，涂层最大冲击功通常≥7J。
S320，选用α-Al2O3粉末通过等离子喷涂方式在合金阻尼层上形成厚度可以为：15-25um的绝缘层。
在实施中，在制备绝缘层之前可以在低于Fe-Cr-Al合金居里点的退火温度下，进行磁场退火处理，从而提高Fe-Cr-Al合金涂层的磁性能，增强合金阻尼层的能量损耗作用，从而提高整体的阻尼减振性能。
在实施中，α-Al2O3粉末含量大于99％。整个喷涂过程具体可以包括：基体表面预处理→等离子喷涂陶瓷粉末→涂层研磨抛光处理。
在实施中，可以采用绝缘测试仪对绝缘层进行绝缘性能测试。具体的，可以在绝缘层的表面贴上双导铜箔导电胶带，如图5所示，为本发明实施例提供的一种双导铜箔导电胶带示意图，绝缘测试仪的一端连接关节轴承外圈，另一端连接导电胶带的铜箔，测试整个绝缘层的绝缘电阻。
具体进行绝缘性能测试时，可以按顺序分别在绝缘层两端施加一系列数值逐渐增加的交流电压，测试绝缘层的耐击穿电压，交流极限耐压值通常≥2000V，并测试绝缘层在每个电压下的稳定电阻值。
S330，选用Zr/Y靶材通过多弧离子镀方式在所绝缘层上沉积形成厚度可以为：30-50um的隔热层。
在实施中，采用靶材Zr/Y进行多弧离子镀时，可以提高混合气体中氧气的比例，以氧气为反应气体制备YSZ隔热涂层。
S340，在隔热层上通过干法浸料的方式制备自润滑衬垫。
在实施中，可以采用聚四氟乙烯和芳纶纤维通过混合编织制备自润滑衬垫；并将自润滑衬垫粘贴在隔热层的表面。
衬垫的粘接主要包括：衬垫改性前处理、表面处理、涂胶、固化。为了提高衬垫的粘接性能，在粘接前对其进行改性前处理，包括超声波处理及稀土CeO2溶液处理。为了得到较好的粘接效果，对衬垫粘接面做喷砂处理和溶剂清洗等表面处理。
选择酚醛-缩醛粘合剂作为胶粘剂，通过测量衬垫涂胶前后质量的变化量来准确控制用胶量，衬垫层涂胶前后厚度范围控制在30～50um。在衬垫粘接工艺中，采用高低温湿热试验箱进行加热处理，用以保证衬垫较高的剥离强度。对胶粘剂进行固化，固化压力由夹具控制，温度、时间由高低温试验箱控制。
在实施中，可以将制备好隔热层的关节轴承外圈的涂层面置于电炉上，通过电阻丝热辐射加热涂层面，同时利用红外测温仪测量套圈滚道背面的温度，计算升温速率，分析隔热性能，涂层后可提高轴承耐热温度达200K以上，来进行隔热性能测试。
隔热性能测试之后，如图6所示，可以采用剥离强度测量仪对其进行剥离强度测试，检测粘接效果，优化工艺参数，剥离强度不小于0.4N/mm。具体步骤包括：将自润滑衬垫固定在装夹台上，测量夹头夹紧自润滑衬垫，并调整角度；设置剥离速度和读取间隔，开始剥离；剥离过程完成后立即停止并保存试验数据。
S350，在自润滑衬垫外侧贴合内圈构成具有多功能涂层的关节轴承。
本发明实施例通过在关节轴承外圈的内侧面上依次涂覆过渡层、合金阻尼层、绝缘层以及隔热层，来提高关节轴承的抗冲击、耐腐蚀、隔热、绝缘、自润滑等性能，延长关节轴承的使用寿命。
本实施例中用于关节轴承的多功能涂层，是采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)或者大气等离子喷涂(APS)制备方法，将数层金属基、陶瓷基纳米材料的薄层涂覆于关节轴承外圈的内球面，可实现关节轴承减振抗冲击、耐腐蚀、绝缘、隔热等多种功能。
本实施例中带有多功能涂层的关节轴承及其制备方法，所提出的带有多功能涂层的关节轴承具有减振抗冲击、耐腐蚀、绝缘和隔热的多种复合性能，对于解决关节轴承高性能和长寿命需求难题，加强我国基础零部件的机械制造技术研究和工程应用能力，推动航空航天等领域关节轴承技术的进步具有重要意义。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种具有多功能涂层的关节轴承，其特征在于，包括：外圈、多功能涂层、自润滑衬垫以及内圈，其中，所述外圈与内圈相对设置，所述多功能涂层及自润滑衬垫位于所述外圈与内圈之间，且所述自润滑衬垫位于所述多功能涂层与内圈之间；所述多功能涂层，从所述外圈的内侧面至所述内圈的内侧面的方向依次包括：过渡层、合金阻尼层、绝缘层以及隔热层；所述隔热层与所述自润滑衬垫的内侧面相贴合；所述自润滑衬垫的外侧面与所述内圈相贴合；
所述过渡层为NiCrAlY涂层，厚度为：1-5um；
所述合金阻尼层为Fe-Cr-Al系合金阻尼涂层，厚度为：10-30um；
所述绝缘层为Al2O3陶瓷涂层，厚度为：15-25um；
所述隔热层为YSZ涂层，厚度为：30-50um。
2.一种具有多功能涂层的关节轴承的制备方法，其特征在于，应用于关节轴承，所述关节轴承包括：外圈、多功能涂层、自润滑衬垫以及内圈，所述外圈与所述内圈相对设置，所述外圈与所述内圈相对内侧中设置所述多功能涂层及自润滑衬垫，所述方法包括：
清洗所述外圈的内侧面；
在本底真空10-4Pa，工作压力0.5-1Pa的条件下，选用NiCrAlY合金靶材通过多弧离子镀方式在所述内侧面上沉积形成厚度为1-5um的过渡层，选用Fe-Cr-Al系合金靶材通过多弧离子镀方式在所述过渡层上沉积形成厚度为10-30um的合金阻尼层；
选用α-Al2O3粉末通过等离子喷涂方式在所述合金阻尼层上形成厚度为15-25um的绝缘层；
选用Zr/Y靶材通过多弧离子镀方式在所述绝缘层上沉积形成厚度为30-50um的隔热层；
在所述隔热层上通过干法浸料的方式制备自润滑衬垫；
在所述自润滑衬垫外侧贴合所述内圈构成具有多功能涂层的关节轴承。
3.如权利要求2所述的具有多功能涂层的关节轴承的制备方法，其特征在于，所述清洗所述外圈的内侧面的过程，包括：
采用纯丙酮清洗所述内侧面的表面；
采用去离子水超声波清洗所述内侧面；
采用酒精清洗所述内侧面；
用高压风机吹干所述内侧面；
在真空室内对所述内侧面进行真空除气；
采用粒子轰击所述内侧面。
4.如权利要求2所述的具有多功能涂层的关节轴承的制备方法，其特征在于，在选用α-Al2O3粉末通过等离子喷涂方式在所述合金阻尼层上形成绝缘层的过程之前，还包括：
采用高能Ag+离子轰击所述合金阻尼层表面，对所述合金阻尼层进行改性处理。
5.如权利要求4所述的具有多功能涂层的关节轴承的制备方法，其特征在于，在对所述合金阻尼层进行改性处理的过程之后，选用α-Al2O3粉末通过等离子喷涂方式在所述合金阻尼层上形成绝缘层的过程之前，还包括：
在低于Fe-Cr-Al合金居里点的退火温度下，进行磁场退火处理。
6.如权利要求2-5任一项所述的具有多功能涂层的关节轴承的制备方法，其特征在于，在所述隔热层上通过干法浸料的方式制备自润滑衬垫，为：
采用聚四氟乙烯和芳纶纤维通过混合编织制备所述自润滑衬垫；
将所述自润滑衬垫粘贴在所述隔热层的表面。
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CN106244974A (zh) * 2016-08-23 2016-12-21 华南理工大学 一种固体自润滑抗磨损热障涂层的制备方法
CN109207939B (zh) * 2018-10-19 2019-10-11 南京航空航天大学 一种γ-TiAl合金表面的NiCrAlSi/CeO2掺杂YSZ涂层及其制备方法
CN208997176U (zh) * 2018-10-31 2019-06-18 福建龙溪轴承(集团)股份有限公司 一种轴承内圈及自润滑关节轴承
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