CN114370453A - 一种自润滑轴承及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自润滑轴承及其制备方法。本发明的自润滑轴承，制备原料包括还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂和渗碳体抑制剂，无油，制备原料不复杂。在以石墨为润滑剂的同时，制备得到的轴承以铁素体为主，不含有渗碳体，使用时容易磨合。径向压溃强度可以达到150Mpa。本发明还提供了上述自润滑轴承的制备方法，制备时，先将还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂和渗碳体抑制剂混合后压制成形，得到坯体，然后将坯体进行烧结处理。
Description
技术领域
本发明属于轴承制造技术领域，具体涉及一种自润滑轴承及其制备方法。
背景技术
轴承是机械设备中的一种重要零部件，其主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。由于轴承在工作过程中，会不断发生摩擦，因此，润滑对于轴承具有重要作用。润滑不仅能够减少轴承内部摩擦及磨损，防止烧粘，而且具有延长其使用寿命，排出摩擦热、冷却，防止轴承过热等多重作用。
含油轴承是利用轴承加工过程中烧结体的多孔性，使之含浸10％～40％润滑油后，于自行供油状态下使用。由于含油轴承具有成本低、能吸振、噪声小、在较长时间内不用加润滑油等优点，因此，在汽车、家电、音响设备、农业机械、精密机械等多种工业领域中具有广泛应用。然而，润滑油在高温或者高负荷工况下工作时，易因轴承温度升高而挥发变质，从而导致润滑失效，影响使用寿命。
使用固体润滑剂如石墨、二硫化钼等，可在摩擦面上形成润滑良好、牢固附着并均匀覆盖的固体转移膜，大幅度降低摩擦磨损。随着摩擦的进行，轴承中的固体润滑剂不断供给摩擦面，保证了长期运行时对摩擦副的良好润滑。但是，由于铁和碳在烧结时会发生化学反应，产生珠光体和渗碳体，导致轴承硬度变高，碳被消耗，导致相关技术中的铁基含油轴承在使用石墨作为固体润滑成分时，效果不佳。轴承工作时需要充分磨合才能保证产品寿命并降低工作噪音，若珠光体含量过高，则会导致磨合困难，而若产生过多的渗碳体，不仅会消耗作为润滑材料的碳元素，还会因渗碳体的脆性过强，在工作过程中出现碎裂脱落，进而导致摩擦副卡死。理想状态的轴承是以铁素体为主，含有少量的珠光体且不含有渗碳体，以石墨作为固体润滑剂显然难以制得该种结构的轴承。相关技术中，除石墨外的其他固体润滑剂，如聚四氟乙烯等，无法与轴承良好结合，难以被应用于高温场合。
因此，仍需开发新的轴承，使其既能具有良好的润滑性能，同时又能承受较高的压力。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种自润滑轴承及其制备方法，本发明的自润滑轴承，从制备原料上进行了改进，大幅度提高了产品的结构强度和固体润滑剂的含量，成本更低，更容易生产。
本发明还提供了上述自润滑轴承的制备方法。
本发明的第一方面提供了一种自润滑轴承，制备原料包括还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂和渗碳体抑制剂。
本发明关于自润滑轴承的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
本发明的自润滑轴承，制备原料包括还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂和渗碳体抑制剂，无油，制备原料不复杂。
本发明的自润滑轴承，在以石墨为润滑剂的同时，以铁素体为主，不含有渗碳体，使用时容易磨合。
本发明的自润滑轴承，径向压溃强度可以达到150Mpa。
还原铁粉的主要成分是单质铁，一般是灰色或黑色粉末，通常由四氧化三铁在高热条件下在氢气流或一氧化碳气流中还原生成。由于还原铁粉本身已为粉末状，再加之其微观结构又十分疏松，故其表面积极大，能够吸收空气中的水分和氧气，可以用作还原剂。
微粉蜡具有优良的耐寒性、耐热性、耐化学性和耐磨性。具有良好的化学稳定性，在室温下抗温性、耐药性和电气性优异，应用范围比较广，可作为氯化聚乙烯的原料、塑料的改性剂，纺织品的涂布剂以及改善原油和燃料油粘性的添加剂。
根据本发明的一些实施方式，微粉蜡为聚丙烯酰胺微粉蜡。
根据本发明的一些实施方式，微粉蜡的粒径大于325目。
325目对应的粒径尺寸是45μm，微粉蜡的粒径大于325目，是指微粉蜡的粒径尺寸小于45μm。
根据本发明的一些实施方式，包括以下重量份计的制备原料：
还原铁粉：100份，
石墨：3份～5份，
微粉蜡：0.2份～1份，
固体润滑剂：0.5份～1.5份，
渗碳体抑制剂：0.2份～1份。
根据本发明的一些实施方式，所述固体润滑剂包括二硫化钨或二硫化钼。
根据本发明的一些实施方式，所述固体润滑剂为二硫化钨。
二硫化钨与二硫化钼都具有类似石墨二维层状结构，可用做固体润滑剂、干膜润滑剂、自润滑复合材料等。二硫化钨与二硫化钼相比，钼和钨是同族化学元素，钨比钼质量更重，化学性质更稳定。二硫化钨的摩擦因数为0.03，抗压强度高达2100MPa，具有耐酸碱侵蚀，耐负荷性能好，无毒无害，使用温度宽，润滑寿命长，摩擦因数低的优点。
二硫化钨除了作为固体润滑剂，同时也能起到抑制渗碳体的作用。
根据本发明的一些实施方式，所述渗碳体抑制剂包括六方氮化硼。
六方氮化硼可以阻碍石墨与轴承基体即铁粉发生化学反应而导致石墨被消耗，从而保证了轴承中有足够的游离石墨，使轴承在无油的情况下能正常运转。
本发明的第二方面提供了制备上述自润滑轴承的方法，包括以下步骤：
S1：将所述还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂和渗碳体抑制剂混合后压制成形，得到坯体；
S2：烧结所述坯体。
本发明关于自润滑轴承的制备方法的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
本发明关于自润滑轴承的制备方法，成本更低，生产过程容易控制。
根据本发明的一些实施方式，所述混合的方法为：所述混合的方法为：将锭子油、石墨和部分还原铁粉进行第一次混合后，加入剩余还原铁粉、微粉蜡、固体润滑剂和渗碳体抑制剂进行第二次混合。
分两次混合，目的是为了防止石墨等密度较小的材料发生偏析。由于石墨没有粘性，容易发生偏析，通过第一次混合，先借助锭子油使石墨均匀的粘在铁粉上，再加入其他原料进行第二次混合即可实现均匀分散。
根据本发明的一些实施方式，所述压制成形的压力为350～450MPa。
根据本发明的一些实施方式，步骤S1压制得到的坯体密度为5.6g/cm3～5.8g/cm3。
根据本发明的一些实施方式，所述烧结的温度为1000℃～1050℃。
1000℃～1050℃为适宜的烧结温度范围，低于该温度范围，会导致径向压溃强度K过低；高于该温度范围，会产生渗碳体。
根据本发明的一些实施方式，所述烧结的时间为20min～30min。
根据本发明的一些实施方式，所述方法还包括在步骤S2之后，对轴承进行整形。
根据本发明的一些实施方式，所述方法还包括在整形之后，对轴承进行清洗除油。
附图说明
图1是实施例和对比例制备的自润滑轴承的实物图。
图2是实施例1制备的自润滑轴承的金相图。
图3是实施例2制备的自润滑轴承的金相图。
图4是对比例3制备的自润滑轴承的金相图。
图5是对比例10制备的自润滑轴承的金相图。
图6是对比例11制备的自润滑轴承的金相图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例和对比例中：
还原铁粉购自山东鲁银新材料有限公司，牌号FHY100.25，粒度100目～325目≥80％。
石墨购自青岛高而富，牌号石墨299.5，粒度为300目，磷片石墨。
微粉蜡购自广州保亮，为聚丙烯酰胺蜡。
二硫化钨购自北科新材料有限公司，粒度为300目。
六方氮化硼购自淄博晶亿科技，粒度为325目。
实施例和对比例制备的自润滑轴承实物如图1所示。
洗机，清洗去除整形过程中带来的润滑油。
实施例1
本实施例制备了25件自润滑轴承，包括以下步骤：
S1：将还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂二硫化钨和渗碳体抑制剂六方氮化硼混合后压制成形，得到坯体；
S2：烧结所述坯体。
各原料的用量为：
还原铁粉：100份，
石墨：3.8份，
微粉蜡：0.6份，
二硫化钨：1.2份，
六方氮化硼：0.6份。
其中，压制成形的设备为高精度成形压机，压力为400MPa。得到的坯体压制密度为5.7g/cm3。
烧结的温度为1000℃,时间为30min。
烧结后，用高精度整形压机，将烧结毛坯压制精整为所需尺寸和内孔粗糙度，对轴承进行整形。
整形后，利用超声波碳氢清洗机，清洗去除整形过程中带来的润滑油。
实施例2
本实施例制备了25件自润滑轴承，包括以下步骤：
S1：将还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂二硫化钨和渗碳体抑制剂六方氮化硼混合后压制成形，得到坯体；
S2：烧结所述坯体。
各原料的用量为：
还原铁粉：100份，
石墨：3.8份，
微粉蜡：0.6份，
二硫化钨：1.2份，
六方氮化硼：0.6份。
其中，压制成形的设备为高精度成形压机，压力为400MPa。得到的坯体压制密度为5.7g/cm3。
烧结的温度为1050℃,时间为30min。
烧结后，用高精度整形压机，将烧结毛坯压制精整为所需尺寸和内孔粗糙度，对轴承进行整形。
整形后，利用超声波碳氢清洗机，清洗去除整形过程中带来的润滑油。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，烧结温度为900℃。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，烧结温度为950℃。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于，烧结温度为1080℃。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于，未添加二硫化钨。
对比例5
本对比例与实施例2的区别在于，未添加二硫化钨。
对比例6(未添加二硫化钨，烧结温度900℃)
本对比例制备了25件自润滑轴承，包括以下步骤：
S1：将还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂二硫化钨和渗碳体抑制剂六方氮化硼混合后压制成形，得到坯体；
S2：烧结所述坯体。
各原料的用量为：
还原铁粉：100份，
石墨：3.8份，
微粉蜡：0.6份，
六方氮化硼：0.6份。
其中，压制成形的设备为高精度成形压机，压力为400MPa。得到的坯体压制密度为5.7g/cm3。
烧结的温度为900℃,时间为30min。
烧结后，用高精度整形压机，将烧结毛坯压制精整为所需尺寸和内孔粗糙度，对轴承进行整形。
整形后，利用超声波碳氢清洗机，清洗去除整形过程中带来的润滑油。
对比例7(未添加二硫化钨，烧结温度950℃)
本对比例制备了25件自润滑轴承，包括以下步骤：
S1：将还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂二硫化钨和渗碳体抑制剂六方氮化硼混合后压制成形，得到坯体；
S2：烧结所述坯体。
各原料的用量为：
还原铁粉：100份，
石墨：3.8份，
微粉蜡：0.6份，
六方氮化硼：0.6份。
其中，压制成形的设备为高精度成形压机，压力为400MPa。得到的坯体压制密度为5.7g/cm3。
烧结的温度为950℃,时间为30min。
烧结后，用高精度整形压机，将烧结毛坯压制精整为所需尺寸和内孔粗糙度，对轴承进行整形。
整形后，利用超声波碳氢清洗机，清洗去除整形过程中带来的润滑油。
对比例8
本对比例制备了一种自润滑轴承，包括以下步骤：
S1：将还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂二硫化钼和铜锡合金粉混合后压制成形，得到坯体；
S2：烧结所述坯体。
各原料的用量为：
还原铁粉：100份，
石墨：3.8份，
微粉蜡：0.6份，
二硫化钼：0.6份，
铜锡合金：1.5份。
其中，压制成形的设备为高精度成形压机，压力为400MPa。得到的坯体压制密度为5.7g/cm3。
烧结的温度为900℃,时间为30min。
烧结后，用高精度整形压机，将烧结毛坯压制精整为所需尺寸和内孔粗糙度，对轴承进行整形。
整形后，利用超声波碳氢清洗机，清洗去除整形过程中带来的润滑油。
对比例9
本对比例制备了一种自润滑轴承，包括以下步骤：
S1：将还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂二硫化钼和铜锡合金粉混合后压制成形，得到坯体；
S2：烧结所述坯体。
各原料的用量为：
还原铁粉：100份，
石墨：3.8份，
微粉蜡：0.6份，
二硫化钼：0.6份，
铜锡合金：1.5份。
其中，压制成形的设备为高精度成形压机，压力为400MPa。得到的坯体压制密度为5.7g/cm3。
烧结的温度为950℃,时间为30min。
烧结后，用高精度整形压机，将烧结毛坯压制精整为所需尺寸和内孔粗糙度，对轴承进行整形。
整形后，利用超声波碳氢清洗机，清洗去除整形过程中带来的润滑油。
对比例10
本对比例制备了一种自润滑轴承，包括以下步骤：
S1：将还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂二硫化钼和铜锡合金粉混合后压制成形，得到坯体；
S2：烧结所述坯体。
各原料的用量为：
还原铁粉：100份，
石墨：3.8份，
微粉蜡：0.6份，
二硫化钼：0.6份，
铜锡合金：1.5份。
其中，压制成形的设备为高精度成形压机，压力为400MPa。得到的坯体压制密度为5.7g/cm3。
烧结的温度为1000℃,时间为30min。
烧结后，用高精度整形压机，将烧结毛坯压制精整为所需尺寸和内孔粗糙度，对轴承进行整形。
整形后，利用超声波碳氢清洗机，清洗去除整形过程中带来的润滑油。
对比例11
本对比例制备了一种自润滑轴承，包括以下步骤：
S1：将还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂二硫化钼和铜锡合金粉混合后压制成形，得到坯体；
S2：烧结所述坯体。
各原料的用量为：
还原铁粉：100份，
石墨：3.8份，
微粉蜡：0.6份，
二硫化钼：0.6份，
铜锡合金：1.5份。
其中，压制成形的设备为高精度成形压机，压力为400MPa。得到的坯体压制密度为5.7g/cm3。
烧结的温度为1050℃,时间为30min。
烧结后，用高精度整形压机，将烧结毛坯压制精整为所需尺寸和内孔粗糙度，对轴承进行整形。
整形后，利用超声波碳氢清洗机，清洗去除整形过程中带来的润滑油。
对比例12
本对比例制备了一种自润滑轴承，包括以下步骤：
S1：将还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂二硫化钼混合后压制成形，得到坯体；
S2：烧结所述坯体。
各原料的用量为：
还原铁粉：100份，
石墨：3.8份，
微粉蜡：0.6份，
二硫化钼：0.6份。
其中，压制成形的设备为高精度成形压机，压力为400MPa。得到的坯体压制密度为5.7g/cm3。
烧结的温度为900℃,时间为30min。
烧结后，用高精度整形压机，将烧结毛坯压制精整为所需尺寸和内孔粗糙度，对轴承进行整形。
整形后，利用超声波碳氢清洗机，清洗去除整形过程中带来的润滑油。
对比例13
本对比例制备了一种自润滑轴承，包括以下步骤：
S1：将还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂二硫化钼混合后压制成形，得到坯体；
S2：烧结所述坯体。
各原料的用量为：
还原铁粉：100份，
石墨：3.8份，
微粉蜡：0.6份，
二硫化钼：0.6份。
其中，压制成形的设备为高精度成形压机，压力为400MPa。得到的坯体压制密度为5.7g/cm3。
烧结的温度为950℃,时间为30min。
烧结后，用高精度整形压机，将烧结毛坯压制精整为所需尺寸和内孔粗糙度，对轴承进行整形。
整形后，利用超声波碳氢清洗机，清洗去除整形过程中带来的润滑油。
对比例14
本对比例制备了一种自润滑轴承，包括以下步骤：
S1：将还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂二硫化钼混合后压制成形，得到坯体；
S2：烧结所述坯体。
各原料的用量为：
还原铁粉：100份，
石墨：3.8份，
微粉蜡：0.6份，
二硫化钼：0.6份。
其中，压制成形的设备为高精度成形压机，压力为400MPa。得到的坯体压制密度为5.7g/cm3。
烧结的温度为1000℃,时间为30min。
烧结后，用高精度整形压机，将烧结毛坯压制精整为所需尺寸和内孔粗糙度，对轴承进行整形。
整形后，利用超声波碳氢清洗机，清洗去除整形过程中带来的润滑油。
对比例15
本对比例制备了一种自润滑轴承，包括以下步骤：
S1：将还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂二硫化钼混合后压制成形，得到坯体；
S2：烧结所述坯体。
各原料的用量为：
还原铁粉：100份，
石墨：3.8份，
微粉蜡：0.6份，
二硫化钼：0.6份。
其中，压制成形的设备为高精度成形压机，压力为400MPa。得到的坯体压制密度为5.7g/cm3。
烧结的温度为1050℃,时间为30min。
烧结后，用高精度整形压机，将烧结毛坯压制精整为所需尺寸和内孔粗糙度，对轴承进行整形。
整形后，利用超声波碳氢清洗机，清洗去除整形过程中带来的润滑油。
实施例1、2和对比例1至15的原料配方明细如表1所示。
表1
测试例1
对实施例1制备的自润滑轴承进行取样，制备成金相试样，观察了试样的微观组织，如图2所示。从图2可以看出，其中含有约20％的珠光体，没有渗碳体。
对实施例2制备的自润滑轴承在相同部位进行取样，制备成金相试样，观察了试样的微观组织，如图3所示。从图3可以看出，其中含有约50％～60％的珠光体，没有渗碳体。
在对比例3制备的自润滑轴承的相同部位进行取样，制备成金相试样，观察了试样的微观组织，如图4所示。从图4可以看出，其中含有约2％的渗碳体。说明对于本发明的轴承配方而言，1080℃的烧结温度过高。烧结温度高了，熔入奥氏体中的碳会增多，导致析出渗碳体。
在对比例10制备的自润滑轴承的相同部位进行取样，制备成金相试样，观察了试样的微观组织，如图5所示。从图5可以看出，其中含有约5％的渗碳体。
在对比例11制备的自润滑轴承的相同部位进行取样，制备成金相试样，观察了试样的微观组织，如图6所示。从图6可以看出，其中含有超过10％的渗碳体。
测试例2
测试了实施例1、2和对比例1至15制备的轴承的径向压溃强度K、极限pv值，结果如表2所示。
其中，径向压溃强度K测试依据的标准为GB/T 6804-2008《烧结金属衬套径向压溃强度的测定》，单位为兆帕(MPa)。
极限pv值测试依据的标准为JBT 7381-2010《粉末冶金含油轴承pv值测定》。极限pv值指在一定滑动线速度(v)下，轴承能承受压强(p)的极限值，或在一定压强(p)下，轴承能承受滑动线速度(v)的极限值。
要求自润滑轴承的径向溃压强度K≥150MPa。极限pv值≥8N/mm2.m/s。
表2
上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种自润滑轴承，其特征在于，制备原料包括还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂和渗碳体抑制剂。
2.根据权利要求1所述的一种自润滑轴承，其特征在于，包括以下重量份计的制备原料：
还原铁粉：100份，
石墨：3份～5份，
微粉蜡：0.2份～1份，
固体润滑剂：0.5份～1.5份，
渗碳体抑制剂：0.2份～1份。
3.根据权利要求1或2所述的一种自润滑轴承，其特征在于，所述固体润滑剂包括二硫化钨或二硫化钼。
4.根据权利要求1或2所述的一种自润滑轴承，其特征在于，所述渗碳体抑制剂包括六方氮化硼。
5.一种制备如权利要求1至4任一项所述的自润滑轴承的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将所述还原铁粉、石墨、微粉蜡、固体润滑剂和渗碳体抑制剂混合后压制成形，得到坯体；
S2：烧结所述坯体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述混合的方法为：将锭子油、石墨和部分还原铁粉进行第一次混合后，加入剩余还原铁粉、微粉蜡、固体润滑剂和渗碳体抑制剂进行第二次混合。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述压制成形的压力为350～450MPa。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述烧结的温度为1000℃～1050℃。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤S2之后，对轴承进行整形。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在整形之后，对轴承进行清洗除油。
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