CN112692291B - 一种滑动轴承的制造方法及滑动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种滑动轴承的制造方法及滑动轴承，其制造方法包括如下几个环节：环节一：取Al、Sn、Cu、Cd金属粉末适量，进行高温熔炼结晶拉伸，以获得呈高温熔炼结晶拉伸体的滑动轴承之铝基合金板材；环节二：根据滑动轴承制备要求，取环节一中所制得的铝基合金板材和相同尺寸的巴氏合金板材，加温加压，形成叠加态金属板材；环节三：将环节二中所制成的叠加态的金属板材制成轴套；环节四：在所述轴套内壁刻蚀第一沟槽（4）、第二沟槽（5）以及容纳腔（6）；环节五：用至少一个电子束由至少一个形成蒸镀源的容器通过蒸镀产生耐磨层（3）。本发明所述的一种滑动轴承的制造方法及滑动轴承，具有强度更高，耐磨性能更佳的特点，适宜推广。

Description

一种滑动轴承的制造方法及滑动轴承
技术领域
本发明涉及滑动轴承技术领域，特别涉及一种滑动轴承的制造方法及滑动轴承。
背景技术
滑动轴承(sliding bearing)，在滑动摩擦下工作的轴承。滑动轴承工作平稳、可靠、无噪声。在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，还可以大大减小摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力。但起动摩擦阻力较大。轴被轴承支承的部分称为轴颈，与轴颈相配的零件称为轴瓦。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上浇铸的减摩材料层称为轴承衬。轴瓦和轴承衬的材料统称为滑动轴承材料。滑动轴承应用场合一般在低速重载工况条件下，或者是维护保养及加注润滑油困难的运转部位。
巴氏合金(包括锡基轴承合金和铅基轴承合金)是最广为人知的轴承材料，具有减摩特性的锡基和铅基轴承合金。由美国人巴比特发明而得名，因其呈白色，又称白合金，其应用可以追溯到工业革命时代。具有减摩特性的锡基巴氏合金和铅基巴氏合金是唯一适合相对于低硬度轴转动的材料，与其它轴承材料相比，具有更好的适应性和压入性，广泛用于大型船用柴油机、涡轮机、交流发电机，以及其它矿山机械和大型旋转机械等。
主要合金成分是锡、铅、锑、铜。锑、铜，用以提高合金强度和硬度。巴氏合金的组织特点是，在软相基体上均匀分布着硬相质点，软相基体使合金具有非常好的嵌藏性、顺应性和抗咬合性，并在磨合后，软基体内凹，硬质点外凸，使滑动面之间形成微小间隙，成为贮油空间和润滑油通道，利于减摩；上凸的硬质点起支承作用，有利于承载。巴氏合金分锡基(见锡合金)和铅基合金两种。后者含锑10％～20％，锡5％～15％，为防止成分偏析和细化晶粒，还常加入少量的砷。
随着滑动轴承工作环境越来越复杂，要求滑动轴承能长时间的在高温、高负荷、强腐蚀等特殊工况工作已成为一种必然。研究一种性能高、工艺可行的铝基滑动轴承已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种滑动轴承的制造方法及滑动轴承，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种滑动轴承的制造方法，在此滑动轴承中包括由巴氏合金制成的支撑层和由铝基合金制备的滑动层以及覆盖铝基合金的耐磨层，所述制造方法包括如下几个环节：
环节一：取Al、Sn、Cu、Cd金属粉末适量，进行高温熔炼结晶拉伸，以获得呈高温熔炼结晶拉伸体的滑动轴承之铝基合金板材，由此作为滑动层基材；
其中，Sn的化学计量比为10％-13％、Cu的化学计量比为0.9％-1.3％、Cd的化学计量比为1％-5％，余量为Al；
环节二：根据滑动轴承制备要求，取环节一中所制得的铝基合金板材和相同尺寸的巴氏合金板材，加温加压，将由铝基合金板材制备的滑动层施加于由巴氏合金制成的支撑层表面，形成叠加态金属板材；
环节三：采用现有技术中的常规技术手段，将环节二中所制成的叠加态的金属板材制成轴套；
环节四：在所述轴套内壁刻蚀第一沟槽、第二沟槽以及容纳腔；
环节五：用至少一个电子束由至少一个形成蒸镀源的容器通过蒸镀产生耐磨层。
优选的，环节一中所述Sn的化学计量比优选12％、Cu的化学计量比优选1％、Cd的化学计量比优选3％。
优选的，环节四中所述第一沟槽和第二沟槽内填充第一润滑剂，所述容纳腔内填充第二润滑剂。
优选的，所述第一润滑剂包括但不限于润滑油，所述第二润滑剂为石墨块、石墨烯、氟化石墨、碳纳米管中的任意一种。
优选的，所述环节二中加压压力范围上限为15MPa，压力范围下限为10MPa，加热温度上限不高于熔融温度50度。
一种滑动轴承，包括由巴氏合金制成的支撑层和由铝基合金制备的滑动层以及覆盖铝基合金的耐磨层；
所述滑动层由化学计量比为10％-13％、Cu的化学计量比为0.9％-1.3％、Cd的化学计量比为1％-5％和余量为Al的金属粉末材质混合后烧结而成，且滑动层通过热压施加于支撑层表面；
所述耐磨层为至少一个电子束由至少一个形成蒸镀源的容器通过蒸镀产生耐磨层，覆盖于滑动层远离支撑层的一侧面。
优选的，所述滑动层内壁开设有第一沟槽和第二沟槽以及若干容纳腔；
若干个所述容纳腔呈环形阵列分布开设于滑动层内壁并位于第一沟槽和第二沟槽之间；
所述容纳腔设置有6-10个，优选8个。
优选的，所述第一沟槽和第二沟槽具有竖直深度d1，所述竖直深度d1的取值范围为0.3-0.9mm，优选0.6mm；
所述第一沟槽和第二沟槽具有沟槽宽度d2，所述沟槽宽度d2的取值范围为0.3-0.9mm，优选0.6mm。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明相对于传统巴氏合金作为原材料支撑的滑动轴承，具有强度更高，耐磨性能更佳的特点，并且在本发明所述的滑动轴承中铝基合金板材各组分化学计量比为12％的Sn、1％的Cu、3％的Cd、余量为Al时，所制得的滑动轴承其硬度最大，当本发明中，第一沟槽4和第二沟槽5的深度d1个宽度的2均为0.6mm且容纳腔6的个数为8个时，其咬死负荷最大，即其各方面性能更佳。
附图说明
图1为本发明一种滑动轴承的剖面图；
图2为本发明一种滑动轴承的叠加态金属板材的结构示意图。
图中：1、支撑层；2、滑动层；3、耐磨层；4、第一沟槽；5、第二沟槽；6、容纳腔。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和图2所示，一种滑动轴承的制造方法，在此滑动轴承中包括由巴氏合金制成的支撑层1和由铝基合金制备的滑动层2以及覆盖铝基合金的耐磨层3，所述制造方法包括如下几个环节：
环节一：取Al、Sn、Cu、Cd金属粉末适量，进行高温熔炼结晶拉伸，以获得呈高温熔炼结晶拉伸体的滑动轴承之铝基合金板材，由此作为滑动层2基材；
其中，Sn的化学计量比为10％-13％、Cu的化学计量比为0.9％-1.3％、Cd的化学计量比为1％-5％，余量为Al；
环节二：根据滑动轴承制备要求，取环节一中所制得的铝基合金板材和相同尺寸的巴氏合金板材，加温加压，将由铝基合金板材制备的滑动层施加于由巴氏合金制成的支撑层表面，形成叠加态金属板材；
环节三：采用现有技术中的常规技术手段，将环节二中所制成的叠加态的金属板材制成轴套；
环节四：在所述轴套内壁刻蚀第一沟槽4、第二沟槽5以及容纳腔6；
环节五：用至少一个电子束由至少一个形成蒸镀源的容器通过蒸镀产生耐磨层3。
需要说明的是，环节四中所述第一沟槽4和第二沟槽5内填充第一润滑剂，所述容纳腔6内填充第二润滑剂，所述第一润滑剂包括但不限于润滑油，此处所采用的润滑油可以是市面常见的润滑油品牌种类，用作常规润滑，所述第二润滑剂为石墨块、石墨烯、氟化石墨、碳纳米管中的任意一种；
本发明中增加石墨块、石墨烯、氟化石墨、碳纳米管中的任意一种，将其镶嵌入容纳腔6内作为第二润滑剂，所述容纳腔6设置有6-10个，优选8个，在能够保证滑动轴承本体强度的同时，能够有提高滑动轴承的润滑能力。
需要说明的是，所述环节二中加压压力范围上限为15MPa，压力范围下限为10MPa，加热温度上限不高于熔融温度50度。
在实际操作过程中，实际加热温度只需保证Al、Sn、Cu、Cd等金属以及巴氏合金完全熔融即可，实际加压时间为300-600s，优选400-500s，当加压时间为400-500s之间时，支撑层1和滑动层2之间的黏结强度优良，其黏结强度较高。
一种滑动轴承，包括由巴氏合金制成的支撑层1和由铝基合金制备的滑动层2以及覆盖铝基合金的耐磨层3；
所述滑动层2由化学计量比为10％-13％、Cu的化学计量比为0.9％-1.3％、Cd的化学计量比为1％-5％和余量为Al的金属粉末材质混合后烧结而成，且滑动层2通过热压施加于支撑层1表面；
所述耐磨层3为至少一个电子束由至少一个形成蒸镀源的容器通过蒸镀产生耐磨层3，覆盖于滑动层2远离支撑层1的一侧面。
所述滑动层2内壁开设有第一沟槽4和第二沟槽5以及若干容纳腔6；
其中容纳腔6和第一沟槽4以及第二沟槽5的刻蚀方法参见现有技术中的车削方法进行刻蚀。
若干个所述容纳腔6呈环形阵列分布开设于滑动层2内壁并位于第一沟槽4和第二沟槽5之间；
所述第一沟槽4和第二沟槽5具有竖直深度d1，所述竖直深度d1的取值范围为0.3-0.9mm，优选0.6mm；
所述第一沟槽4和第二沟槽5具有沟槽宽度d2，所述沟槽宽度d2的取值范围为0.3-0.9mm，优选0.6mm。
为了进一步说明本发明的主要特征和本发明的优点，下面结合实施例和对比例进一步说明：
实施例1
取化学计量比为10％的Sn、化学计量比为0.9％的Cu、化学计量比为1％的Cd、余量为Al的原材料，进行高温熔炼结晶拉伸，以获得呈高温熔炼结晶拉伸体的滑动轴承之铝基合金板材，由此作为滑动层2基材；
根据滑动轴承制备要求，取环节一中所制得的铝基合金板材和相同尺寸的巴氏合金板材，加温加压，将由铝基合金板材制备的滑动层施加于由巴氏合金制成的支撑层表面，形成叠加态金属板材；
采用现有技术中的常规技术手段，将环节二中所制成的叠加态的金属板材制成轴套；
在所述轴套内壁刻蚀第一沟槽4、第二沟槽5以及容纳腔6，其中容纳腔6刻蚀为6个，第一沟槽4和第二沟槽5具有竖直深度d1为0.3mm；所述第一沟槽4和第二沟槽5具有沟槽宽度d2为0.3mm。
用至少一个电子束由至少一个形成蒸镀源的容器通过蒸镀产生耐磨层3。
实施例2
取化学计量比为12％的Sn、化学计量比为1％的Cu、化学计量比为3％的Cd、余量为Al的原材料，进行高温熔炼结晶拉伸，以获得呈高温熔炼结晶拉伸体的滑动轴承之铝基合金板材，由此作为滑动层2基材；
根据滑动轴承制备要求，取环节一中所制得的铝基合金板材和相同尺寸的巴氏合金板材，加温加压，将由铝基合金板材制备的滑动层施加于由巴氏合金制成的支撑层表面，形成叠加态金属板材；
采用现有技术中的常规技术手段，将环节二中所制成的叠加态的金属板材制成轴套；
在所述轴套内壁刻蚀第一沟槽4、第二沟槽5以及容纳腔6，其中容纳腔6刻蚀为6个，第一沟槽4和第二沟槽5具有竖直深度d1为0.3mm；所述第一沟槽4和第二沟槽5具有沟槽宽度d2为0.3mm；
用至少一个电子束由至少一个形成蒸镀源的容器通过蒸镀产生耐磨层3。
实施例3
取化学计量比为13％的Sn、化学计量比为1.3％的Cu、化学计量比为5％的Cd、余量为Al的原材料，进行高温熔炼结晶拉伸，以获得呈高温熔炼结晶拉伸体的滑动轴承之铝基合金板材，由此作为滑动层2基材；
根据滑动轴承制备要求，取环节一中所制得的铝基合金板材和相同尺寸的巴氏合金板材，加温加压，将由铝基合金板材制备的滑动层施加于由巴氏合金制成的支撑层表面，形成叠加态金属板材；
采用现有技术中的常规技术手段，将环节二中所制成的叠加态的金属板材制成轴套；
在所述轴套内壁刻蚀第一沟槽4、第二沟槽5以及容纳腔6，其中容纳腔6刻蚀为6个，第一沟槽4和第二沟槽5具有竖直深度d1为0.3mm；所述第一沟槽4和第二沟槽5具有沟槽宽度d2为0.3mm；
用至少一个电子束由至少一个形成蒸镀源的容器通过蒸镀产生耐磨层3。
对比例1
取化学计量比为12％的Sn、化学计量比为1％的Cu、化学计量比为3％的Cd、余量为Al的原材料，进行高温熔炼结晶拉伸，以获得呈高温熔炼结晶拉伸体的滑动轴承之铝基合金板材，由此作为滑动层2基材；
根据滑动轴承制备要求，取环节一中所制得的铝基合金板材和相同尺寸的巴氏合金板材，加温加压，将由铝基合金板材制备的滑动层施加于由巴氏合金制成的支撑层表面，形成叠加态金属板材；
采用现有技术中的常规技术手段，将环节二中所制成的叠加态的金属板材制成轴套；
在所述轴套内壁刻蚀第一沟槽4、第二沟槽5以及容纳腔6，其中容纳腔6刻蚀为8个；
用至少一个电子束由至少一个形成蒸镀源的容器通过蒸镀产生耐磨层3。
对比例2
取化学计量比为12％的Sn、化学计量比为1％的Cu、化学计量比为3％的Cd、余量为Al的原材料，进行高温熔炼结晶拉伸，以获得呈高温熔炼结晶拉伸体的滑动轴承之铝基合金板材，由此作为滑动层2基材；
根据滑动轴承制备要求，取环节一中所制得的铝基合金板材和相同尺寸的巴氏合金板材，加温加压，将由铝基合金板材制备的滑动层施加于由巴氏合金制成的支撑层表面，形成叠加态金属板材；
采用现有技术中的常规技术手段，将环节二中所制成的叠加态的金属板材制成轴套；
在所述轴套内壁刻蚀第一沟槽4、第二沟槽5以及容纳腔6，其中容纳腔6刻蚀为10个；
用至少一个电子束由至少一个形成蒸镀源的容器通过蒸镀产生耐磨层3。
对比例3
取化学计量比为12％的Sn、化学计量比为1％的Cu、化学计量比为3％的Cd、余量为Al的原材料，进行高温熔炼结晶拉伸，以获得呈高温熔炼结晶拉伸体的滑动轴承之铝基合金板材，由此作为滑动层2基材；
根据滑动轴承制备要求，取环节一中所制得的铝基合金板材和相同尺寸的巴氏合金板材，加温加压，将由铝基合金板材制备的滑动层施加于由巴氏合金制成的支撑层表面，形成叠加态金属板材；
采用现有技术中的常规技术手段，将环节二中所制成的叠加态的金属板材制成轴套；
在所述轴套内壁刻蚀第一沟槽4、第二沟槽5以及容纳腔6，其中容纳腔6刻蚀为8个，第一沟槽4和第二沟槽5具有竖直深度d1为0.6mm；所述第一沟槽4和第二沟槽5具有沟槽宽度d2为0.6mm；
用至少一个电子束由至少一个形成蒸镀源的容器通过蒸镀产生耐磨层3。
对比例4
取化学计量比为12％的Sn、化学计量比为1％的Cu、化学计量比为3％的Cd、余量为Al的原材料，进行高温熔炼结晶拉伸，以获得呈高温熔炼结晶拉伸体的滑动轴承之铝基合金板材，由此作为滑动层2基材；
根据滑动轴承制备要求，取环节一中所制得的铝基合金板材和相同尺寸的巴氏合金板材，加温加压，将由铝基合金板材制备的滑动层施加于由巴氏合金制成的支撑层表面，形成叠加态金属板材；
采用现有技术中的常规技术手段，将环节二中所制成的叠加态的金属板材制成轴套；
在所述轴套内壁刻蚀第一沟槽4、第二沟槽5以及容纳腔6，其中容纳腔6刻蚀为8个，第一沟槽4和第二沟槽5具有竖直深度d1为0.9mm；所述第一沟槽4和第二沟槽5具有沟槽宽度d2为0.9mm；
用至少一个电子束由至少一个形成蒸镀源的容器通过蒸镀产生耐磨层3。
依照《GB/T18325.1-2001滑动轴承流体动压润滑条件下试验机内和实际应用的滑动轴承疲劳强度》和《英国格雷西尔轴承公司试验规范》，并通过蓝宝石试验台对实施例1-3和对比例1-2中所制得的滑动轴承的抗疲劳强度进行测试；
同时，将实施例1-3和对比例1-2中所制得的滑动轴承内安装符合其直径的轴，并在第一沟槽4和第二沟槽5内储存足够量的润滑油进行润滑，于2rpm/sec的条件下连续运转5h，并从外部施加对轴承施加由20吨-50吨递增的负荷，测试轴承咬死负荷。测试结果见表1：
综上所述，结合表1中的数据可知，当本发明所述的滑动轴承中铝基合金板材各组分化学计量比为12％的Sn、1％的Cu、3％的Cd、余量为Al时，所制得的滑动轴承其硬度最大，当本发明中，第一沟槽4和第二沟槽5的深度d1个宽度的2均为0.6mm且容纳腔6的个数为8个时，其咬死负荷最大，即其各方面性能更佳。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种滑动轴承的制造方法，在此滑动轴承中包括由巴氏合金制成的支撑层(1)和由铝基合金制备的滑动层(2)以及覆盖铝基合金的耐磨层(3)，所述制造方法包括如下几个环节：
环节一：取Al、Sn、Cu、Cd金属粉末适量，进行高温熔炼结晶拉伸，以获得呈高温熔炼结晶拉伸体的滑动轴承之铝基合金板材，由此作为滑动层(2)基材；
其中，Sn的质量比为10％-13％、Cu的质量比为0.9％-1.3％、Cd的质比为1％-5％，余量为Al；
环节二：根据滑动轴承制备要求，取环节一中所制得的铝基合金板材和相同尺寸的巴氏合金板材，加温加压，将由铝基合金板材制备的滑动层施加于由巴氏合金制成的支撑层表面，形成叠加态金属板材；
环节三：将环节二中所制成的叠加态的金属板材制成轴套；
环节四：在所述轴套内壁刻蚀第一沟槽(4)、第二沟槽(5)以及容纳腔(6)；
环节五：用至少一个电子束由至少一个形成蒸镀源的容器通过蒸镀产生耐磨层(3)。
2.根据权利要求1所述的滑动轴承的制造方法，其特征在于：环节一中所述Sn的质量比为12％、Cu的质量比为1％、Cd的质量比为3％。
3.根据权利要求1所述的一种滑动轴承的制造方法，其特征在于：环节四中所述第一沟槽(4)和第二沟槽(5)内填充第一润滑剂，所述容纳腔(6)内填充第二润滑剂。
4.根据权利要求3所述的一种滑动轴承的制造方法，其特征在于：所述第一润滑剂为润滑油，所述第二润滑剂为石墨块、石墨烯、氟化石墨、碳纳米管中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种滑动轴承的制造方法，其特征在于：所述环节二中加压压力范围上限为15MPa，压力范围下限为10MPa。
6.采用权利要求1-5任一项所述的一种滑动轴承的制造方法制造的滑动轴承，其特征在于，包括由巴氏合金制成的支撑层(1)和由铝基合金制备的滑动层(2)以及覆盖铝基合金的耐磨层(3)；
且滑动层(2)通过加温加压施加于支撑层(1)表面；
所述耐磨层(3)为至少一个电子束由至少一个形成蒸镀源的容器通过蒸镀产生耐磨层(3)，覆盖于滑动层(2)远离支撑层(1)的一侧面。
7.根据权利要求6所述的滑动轴承，其特征在于：所述滑动层(2)内壁开设有第一沟槽(4)和第二沟槽(5)以及若干容纳腔(6)；
若干个所述容纳腔(6)呈环形阵列分布开设于滑动层(2)内壁并位于第一沟槽(4)和第二沟槽(5)之间；
所述容纳腔(6)设置有6-10个。
8.根据权利要求6所述的滑动轴承，其特征在于：所述第一沟槽(4)和第二沟槽(5)具有竖直深度d1，所述竖直深度d1的取值范围为0.3-0.9mm；
所述第一沟槽(4)和第二沟槽(5)具有沟槽宽度d2，所述沟槽宽度d2的取值范围为0.3-0.9mm。
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