CN113775640A - 箔片、气体箔片轴承和转轴 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种箔片、气体箔片轴承和转轴。该箔片包括第一合金层和第二合金层，所述第一合金层和所述第二合金层为叠层设置；所述第一合金层的材质包括铝合金，所述第二合金层的材质包括镍基合金。本申请采用铝合金层和镍基合金层构成层间复合结构的箔片，由于铝合金材质密度小于镍基合金材质密度，因此使得箔片达到轻量化的需求，使得整个箔片轴承的质量得到降低，减小了启停惯性，以缩短干摩擦的时间。同时由于铝合金的散热性要优于镍基合金，故也有利于箔片轴承的散热。

Description

箔片、气体箔片轴承和转轴
技术领域
本申请属于转轴技术领域，具体涉及一种箔片、气体箔片轴承和转轴。
背景技术
气体箔片轴承的高可靠性和良好的稳定性，使其在诸多领域得到广泛应用，如涡轮压缩机、高端精密设备、空压机、气悬浮高速电主轴、膨胀机、高速电机等。气体箔片轴承是最近几十年发展起来的以气体作为润滑介质的革新性轴承，其在高速高温工况下具有许多无可比拟的优异性能，并能在一些传统轴承无法工作的恶劣环境中保持稳定运行，因此得到越来越多研究者的重视。气体箔片轴承从最初简单的张紧型动压支撑结构不断得到发展，如今已经成为种类丰富，应用范围广泛的新型轴承。与传统的刚性轴承相比，箔片轴承的特点主要表现在以下几方面：(1)由弹性可挠箔片构成，抗冲击性好；(2)采用气体润滑，不存在润滑介质高温变质或低温冻结问题，因此可在较高的温度或极低的温度下工作；(3)作为润滑剂的气体为环境气体，无须独立供气系统；
(4)可以工作在数万转/分钟的转速下，最高可达几十万转/分钟。
由气体箔片轴承工作原理可知，气体箔片轴承在稳定、恒定的转速运行时，理论上是不存在固体接触的，轴承的零部件不存在磨损；但在启停阶段或者转速发生突然变化时，转子与轴承之间无法形成有效的气膜，箔片和转子直接接触形成干摩擦，且摩擦剧烈会导致其表面磨损、启动力矩变大、寿命减小。这种启停阶段的干摩擦是不可避免的，因此如何降低接触面的摩擦磨损问题是保证气体箔片轴承长期正常运转一大痛点、难点。
发明内容
因此，本申请提供一种箔片、气体箔片轴承和转轴，能够解决现有技术中气体箔片轴承启停阶段的干摩擦问题。
为了解决上述问题，本申请提供一种箔片，包括：
第一合金层和第二合金层，所述第一合金层和所述第二合金层为叠层设置；
所述第一合金层的材质包括铝合金，所述第二合金层的材质包括镍基合金。
可选地，所述铝合金的密度为ρ1，镍基合金密度为ρ2，所述第一合金层的厚度与所述第二合金层的厚度比为ρ2:ρ1。
可选地，所述第一合金层与所述第二合金层为冶金结合，且结合的界面包括曲面。
可选地，所述曲面包括波纹面，所述波纹面的波峰与波谷在所述箔片的厚度方向上距离小于0.1mm。
可选地，所述箔片还包括有润滑层，所述润滑层涂敷于所述第二合金层的另一侧上。
可选地，所述润滑层的涂覆之前，对所述第二合金层进行表面处理，使所述第二合金层的表面粗糙度为0.2～0.4μm。
可选地，所述润滑层的材质包括聚酰亚胺和聚酰亚胺复合物中的至少一种。
可选地，所述润滑层和所述第二合金层的结合强度小于所述第二合金层和所述第一合金层的结合强度。
可选地，所述润滑层和所述第二合金层的结合强度设为6～12MPa；和/或，所述第二合金层和所述第一合金层的结合强度大于等于40MPa。
根据本申请的另一方面，提供了一种气体箔片轴承，包括如上所述的箔片。
根据本申请的再一方面，提供了一种转轴，包括如上所述的箔片或如上所述的气体箔片轴承。
本申请提供的一种箔片，包括：第一合金层和第二合金层，所述第一合金层和所述第二合金层为叠层设置；所述第一合金层的材质包括铝合金，所述第二合金层的材质包括镍基合金。
本申请采用铝合金层和镍基合金层构成层间复合结构的箔片，由于铝合金材质密度小于镍基合金材质密度，因此使得箔片达到轻量化的需求，使得整个箔片轴承的质量得到降低，减小了启停惯性，以缩短干摩擦的时间。同时由于铝合金的散热性要优于镍基合金，故也有利于箔片轴承的散热。
附图说明
图1为本申请实施例的箔片的结构示意图；
图2为本申请实施例图1中局部放大图；
图3为本申请实施例的镍基合金处理后的表面粗糙检测图。
附图标记表示为：
1、第一合金层；2、第二合金层。
具体实施方式
结合参见图1至图3所示，根据本申请的实施例，一种箔片，包括：
第一合金层1和第二合金层2，所述第一合金层1和所述第二合金层2为叠层设置；
所述第一合金层1的材质包括铝合金，所述第二合金层2的材质包括镍基合金。
现有技术中对箔片本身的结构并无明显的改进，只是在解决接触面的摩擦磨损，改善箔片耐磨性，一般是考虑到使用固体润滑层。
本申请箔片采用铝合金层和镍基合金层构成的层间复合结构，由于铝合金材质密度小于镍基合金材质密度，因此使得箔片达到轻量化的需求，使得整个箔片轴承的质量得到降低，减小了启停惯性，以缩短干摩擦的时间。同时由于铝合金的散热性要优于镍基合金，故也有利于箔片轴承的散热。
在一些实施例中，铝合金的密度为ρ1，镍基合金密度为ρ2，所述第一合金层1的厚度与所述第二合金层2的厚度比为ρ2:ρ1。
该厚度比可以较大程度的实现轻量化，且保证其箔片的减磨性与耐磨性。
在一些实施例中，第一合金层1与所述第二合金层2为冶金结合，且结合的界面包括曲面。
采用冶金结合的方式使得第一合金层1和第二合金层2，同时结合的界面包括曲面，使得两层的结合强度好。
冶金结合方式，可为铸轧的方法实现结合，铸轧过程中镍基合金以固态过铸轧辊，铝合金以熔融态过铸轧辊，为保证其结合界面形成波纹形结合，在铸轧过程中应是熔融态铝合金变流量过铸轧辊。经铸轧成形后，箔片上异性孔，经冲压成形。
箔片的层间结构具有显著的特征，在镍基合金和铝合金之间的层合界面为波纹形，波纹形界面利于层间散热，铝合金散热能力要优于镍基合金散热，再加上其波纹形界面，进一步增强箔片散热能力。
在一些实施例中，曲面包括波纹面，所述波纹面的波峰与波谷在所述箔片的厚度方向上距离小于0.1mm。
采用波纹面的波峰与波谷之间的特定距离，避免破坏箔片本身的稳定性。
在一些实施例中，箔片还包括有润滑层，所述润滑层涂敷于所述第二合金层2的另一侧上。
在第二合金层2的另一侧涂覆上润滑层，提高整个箔片的耐磨性。
在一些实施例中，润滑层的涂覆之前，对所述第二合金层2进行表面处理，使所述第二合金层2的表面粗糙度为0.2～0.4μm。
对第二合金层2的表面进行处理，包括粗糙化和等离子放电清洗，处理后的表面结构如图3所示，能使得润滑层能与第二合金层2进行稳固地结合。
具体的，润滑层的材质包括聚酰亚胺和聚酰亚胺复合物中的至少一种。
在一些实施例中，润滑层和所述第二合金层2的结合强度小于所述第二合金层2和所述第一合金层1的结合强度。优选的，润滑层和所述第二合金层2的结合强度设为6～12MPa；和/或，所述第二合金层2和所述第一合金层1的结合强度大于等于40MPa。
第一合金层1和第二合金层2的结合强度，用国标检测方法中拉剪法检测其界面拉剪强度至少达40MPa，剥离法检测其界面剥离强度至少达35000N/m，可以承受较高的载荷。相应，润滑层和第二合金层2的结合强度，用拉拔法检测的结合力可达到6～12MPa。
根据本申请的另一方面，提供了一种气体箔片轴承，包括如上所述的箔片。
根据本申请的再一方面，提供了一种转轴，包括如上所述的箔片或如上所述的气体箔片轴承。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各实施方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种箔片，其特征在于，包括：
第一合金层(1)和第二合金层(2)，所述第一合金层(1)和所述第二合金层(2)为叠层设置；
所述第一合金层(1)的材质包括铝合金，所述第二合金层(2)的材质包括镍基合金。
2.根据权利要求1所述的箔片，其特征在于，所述铝合金的密度为ρ1，镍基合金密度为ρ2，所述第一合金层(1)的厚度与所述第二合金层(2)的厚度比为ρ2:ρ1。
3.根据权利要求1或2所述的箔片，其特征在于，所述第一合金层(1)与所述第二合金层(2)为冶金结合，且结合的界面包括曲面。
4.根据权利要求3所述的箔片，其特征在于，所述曲面包括波纹面，所述波纹面的波峰与波谷在所述箔片的厚度方向上距离小于0.1mm。
5.根据权利要求1所述的箔片，其特征在于，所述箔片还包括有润滑层，所述润滑层涂敷于所述第二合金层(2)的另一侧上。
6.根据权利要求5所述的箔片，其特征在于，所述润滑层在涂覆之前，对所述第二合金层进行表面处理，使所述第二合金层(2)的表面粗糙度为0.2～0.4μm。
7.根据权利要求5或6所述的箔片，其特征在于，所述润滑层的材质包括聚酰亚胺和聚酰亚胺复合物中的至少一种。
8.根据权利要求5所述的箔片，其特征在于，所述润滑层和所述第二合金层(2)的结合强度小于所述第二合金层(2)和所述第一合金层(1)的结合强度。
9.根据权利要求8所述的箔片，其特征在于，所述润滑层和所述第二合金层(2)的结合强度设为6～12MPa；和/或，所述第二合金层(2)和所述第一合金层(1)的结合强度大于等于40MPa。
10.一种气体箔片轴承，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的箔片。
11.一种转轴，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的箔片或如权利要求10所述的气体箔片轴承。
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