CN116480677B - 转轴结构件及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及电子设备技术领域，提供一种转轴结构件及其制备方法和应用。用于电子设备，其包括芯层和围合芯层的中间层以及围合中间层的外层，且外层的硬度大于芯层的硬度，外层的密度大于芯层的密度；中间层分别与外层和芯层固定连接。本申请转轴结构件所含密度和硬度大的外侧赋予转轴结构件优异的耐磨削性，芯层赋予转轴结构件轻量化特性，且通过芯层、中间层、外层赋予转轴结构件同时具备优异的耐磨削性、轻量化、韧塑性和疲劳强度。其制备方法能够保证制备的转轴结构件性能稳定，良品率高。本申请转轴结构件能够在转轴组件、电子设备中应用，从而实现转轴组件、电子设备的具有高的工作性能的稳定性和工作寿命，且具有轻量化特性。

Description

转轴结构件及其制备方法和应用
本申请是申请日为2021年09月17日、申请号为202111095588.X、发明名称为“转轴结构件及其制备方法和应用”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本申请属于电子设备技术领域，尤其涉及一种转轴结构件及其制备方法和应用。
背景技术
智能手机发展至如今，屏幕变大是最明显的趋势之一。更大的屏幕意味着更好的视觉效果，更方便的操控。折叠屏手机可以在相同尺寸下让屏幕大小翻倍，提供了超越普通智能手机的用户体验，因而受到广大消费者的追捧。
但是折叠屏手机的问题也同样明显，其中之一就是重量大，折叠屏手机的转轴部分则占据了很大一部分重量。如何给铰链部分“减重”，成了业界急需解决的问题。
转轴结构件如耐磨齿轮是折叠屏手机铰链的关键零部件，由于其属于运动机构零件，需要和其他配合件进行摩擦，要求较高的硬度，所以材质一般选择高硬度的不锈钢。但不锈钢密度较高，无法实现轻量化的目的。轻质金属如钛金属密度仅有4.3～4.5g/cm3，比强度高，是重要的减重材料之一，但是轻质金属如钛金属硬度低，耐磨削性能差，无法直接作为耐磨零部件。
因此，现有转轴结构件难同时具备耐磨削性和轻量化特性，如何在保证转轴结构件耐磨削性的基础上有效降低其重量是本领域研发人员努力解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种转轴结构件及其制备方法和转轴组件，以实现转轴结构件及转轴组件同时具有耐磨削和轻量化的特性，以解现有转轴结构件难同时具备耐磨削性和轻量化的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供一种转轴结构件。本申请实施例转轴结构件包括处于轴芯处的芯层和围合芯层的中间层以及围合中间层的外层，且外层的硬度大于芯层的硬度，外层的密度大于芯层的密度。这样，本申请实施例转轴结构件将外层的硬度和密度均设置大于芯层的硬度和密度，从而使得外层具有高的强度和硬度，赋予转轴结构件优异的耐磨削性，密度相对较小的芯层赋予转轴结构件轻量化特性。中间层设置在芯层与外层之间，起到过渡作用，有效分别固定连接芯层和外层，从而实现转轴结构件结构的韧塑性和疲劳强度。因此，本申请实施例转轴结构件通过芯层、中间层、外层的设置以及他们之间的连接和作用关系，赋予转轴结构件同时具备优异的耐磨削性、轻量化、韧塑性和疲劳强度，其结构稳定性好，机械性能优异，有效保证转轴结构件工作的稳定性，且重量相对减轻。
进一步地，外层的硬度大于或等于400HV。外层的该硬度，有效提高了其外层的强度，提高了转轴结构件的耐磨削性，扩展了转轴结构件的应用范围。
进一步地，芯层的密度低于5g/cm3。该密度的芯层在提高转轴结构件整体结构稳定和疲劳强度的基础上，进一步有效降低转轴结构件的重量，从而提高转轴结构件的轻量化特性。
进一步地，外层的材料为耐磨金属，芯层的材料为轻质金属，中间层的材料为塑性金属。
具体地，耐磨金属包括不锈钢、合金钢、碳钢中的至少一种。
具体地，塑性金属包括金属镍、铜中的至少一种。
具体地，轻质金属包括金属钛、钛合金中的至少一种。
通过对芯层、中间层和外层各层材料的选择和优化，使得各层结构之间充分发挥增效作用，改善转轴结构件的强度、硬度和结构稳定性，从而进一步提高转轴结构件的耐磨削性、轻量化、韧塑性和疲劳强度等性能。
进一步地，外层的体积占转轴结构件总体积的20％～40％，中间层占转轴结构件总体积的5％～20％，芯层占转轴结构件总体积的40％～70％。通过对芯层、中间层和外层各层在转轴结构件中体积占比，进一步优化转轴结构件的耐磨削性、轻量化、韧塑性和疲劳强度等性能。
进一步地，中间层与外层之间和/或中间层与芯层之间为冶金结合。中间层与外层和芯层分别以冶金结合，有效提高三层结构之间的结合强度，使得三层界面能够在高温作用下生成合金，形成过渡的区间，有效提高转轴结构件结构稳定性，提高其韧塑性和疲劳强度，延长其工作寿命。
进一步地，外层、中间层和外层中的至少一层上还开设有减重孔或/和减重槽。通过开设减重孔或/和减重槽，在不影响外层、中间层和外层各自作用和性能的基础上，进一步降低转轴结构件的重量，提高转轴结构件的轻量化。
进一步地，转轴结构件为齿轮、凸凹轮、凹轮、齿轮轴中的任一种。基于转轴结构件上文结构和性能，赋予齿轮、凸轮、凹轮、齿轮轴等结构件优异的耐磨削性、轻量化、韧塑性和疲劳强度等性能，且工作寿命长，有效扩展该些结构件的应用范围。
第二方面，本申请实施例提供上文本申请实施例转轴结构件的制备方法。本申请实施例转轴结构件的制备方法包括如下步骤：
将外层坯料成型外层坯体，将中间层坯料成型中间层坯体，将芯层坯料成型芯层坯体，且将所述中间层坯体围合所述芯层坯体，所述外层坯体围合所述中间层坯体，形成转轴结构件坯体；
在保护气氛中，将所述转轴结构件坯体进行烧结处理后进行后处理，得到转轴结构件，其中，由所述外层坯体经所述烧结处理形成的外层的硬度大于由所述芯层坯体经所述烧结处理形成的芯层的硬度，且所述外层的密度大于所述芯层的密度。
本申请实施例转轴结构件的制备方法使得制备的转轴结构件不仅具有高强度和硬度的外层，同时具有轻质的芯层以及固定连接外层与芯层的过渡中间层，赋予制备的转轴结构件不仅仅具有优异的耐磨削性和轻量化性能，而且还具有高的韧塑性和疲劳强度。另外，本申请实施例转轴结构件的制备方法工艺条件易控，能够有效保证制备的转轴结构件高的良品率，性能稳定。
进一步地，外层坯体、中间层坯体、芯层坯体中的至少一种是采用注射法成型。
更进一步地，外层坯料由包括耐磨金属颗粒与第一粘结剂进行混炼形成的第一混合物颗粒。
更进一步地，中间层坯料由包括塑性金属与第二粘结剂进行混炼形成的第二混合物颗粒。
更进一步地，芯层坯料由包括轻质金属与第三粘结剂进行混炼形成的第三混合物颗粒。
具体实施例中，耐磨金属颗粒的D50粒径为5-30μm，塑性金属颗粒的D50粒径为2-20μm，所述轻质金属颗粒的D50粒径为5-40μm。
采用注射成型各坯体，且对各坯料进行优化，能够有效提高各坯体的质量、机械性能和结构的稳定性。
更进一步地，注射法成型的条件为：注射温度为190℃-200℃、注射速度60-120cm3/s，注射压力50-120MPa，模具温度90-120℃。该注射成型条件能够配合各坯料进一步提高各坯体的质量、机械性能和结构的稳定性。
进一步地，在所述将所述转轴结构件坯体进行烧结处理之前，还包括先将转轴结构件坯体进行脱脂处理除去所述第一粘结剂、第二粘结剂和/或第三粘结剂的步骤。该脱脂处理能够有效除去芯层坯体、中间层坯体和外层坯体中所含的粘结剂，避免粘结剂对最终转轴结构件的机械性能造成不利影响。
进一步地，在所述烧结处理过程中，所述外层坯体的体积收缩率大于所述中间层坯体的体积收缩率，所述中间层坯体的体积收缩率的大于所述芯层坯体的体积收缩率。
具体实施例中，芯层坯体的体积收缩率为12～20％，外层坯体和所述中间层坯体的体积收缩率比所述芯层坯体的体积收缩率高出0.2～2％。
通过对三坯体体积收缩率的控制和调节，使得外层对中间层产生压应力，中间层对芯层产生压应力，提高烧结处理形成的芯层与中间层、中间层与外层之间的结合强度。
进一步地，烧结处理的温度为500℃-1360℃。通过对烧结温度的控制，使得芯层坯体、中间层坯体和外层坯体充分烧结，且生成的芯层、中间层和外层之间能够产生强的压应力，从而提高赋予烧结制备的转轴结构件具有高的耐磨削性同时具有轻量化性能，还具有高的韧塑性和疲劳强度。
更进一步地，烧结处理包括如下递进升温的梯度烧结处理：
在保护气氛中，先升温至500～700℃，保温时间为120-240min；
再升温至950～1100℃，保温时间为60～90min，真空度＜10-3Pa；
接着升温至1330～1360℃，保温时间为60～180min，真空度＜10-3Pa。
通过将烧结处理设置为递进升温的梯度烧结处理，使得芯层坯体、中间层坯体和外层坯体三者受热均匀，提高烧结态坯体强度等机械性能，而且提高结构和尺寸的稳定性，提高烧结态坯体良品率。另外，该烧结处理，还能够有效调节外层坯体、中间层坯体和坯体之间的体积收缩率。
更进一步地，烧结处理的冷却处理包括先随炉温冷却至1000～800℃，然后以2～5℃/min的降速速率冷却至室温。通过分段冷却，以提高转轴结构件的烧结态坯体的对应机械性能和良品率。
进一步地，后处理包括如下步骤：依次经所述烧结处理形成的烧结态坯体进行冷整形处理、局部加工处理、去毛刺、退火处理中的至少一处理。该后处理步骤能够进一步提高转轴结构件的尺寸精度和/或机械性能。
第三方面，本申请实施例提供一种转轴组件。本申请实施例转轴组件包括上文本申请实施例转轴结构件，且转轴结构件的外层与所述转轴组件的其他构件活动接触。本申请实施例转轴组件具有优异的耐磨削性和轻量化以及疲劳强度等特性，工作稳定性好，工作寿命长，能够有效降低含有本申请实施例转轴组件的设备重量，并提高相应设备的工作性能的稳定性和工作寿命。
第四方面，本申请实施例提供一种电子设备。本申请实施例电子设备包括本申请实施例转轴组件。因此，本申请实施例电子设备至少部分部件可以通过转轴组件实现折叠或/和卷绕，从而有效提高电子设备工作性能的稳定性和工作寿命，而且能够实现轻量化，提高了便携性。
进一步地，电子设备包括折叠电子设备或卷绕电子设备。
具体地，折叠电子设备包括第一折叠部和第二折叠部以及连接所述第一折叠部和所述第二折叠部的弯折部，且所述第一折叠部和所述第二折叠部可基于所述弯折部相对转动；其中，所述弯折部含有所述转轴组件。
具体地，卷绕电子设备包括卷绕单元和由所述卷绕单元驱动实现卷绕和伸展的本体；其中，所述卷绕单元包括所述转轴组件。
本申请实施例折叠电子设备或卷绕电子设备至少部分部件可以通过转轴组件实现折叠或/和卷绕，从而有效提高各自的工作性能的稳定性和工作寿命，而且能够实现轻量化，提高使用体验。
附图说明
图1为本申请实施例转轴结构件的一种结构示意图；
图2为中间层设有减重孔的本申请实施例转轴结构件结构示意图；
图3为芯层设有减重孔的本申请实施例转轴结构件结构示意图；
图4为中间层和芯层均设有减重孔的本申请实施例转轴结构件结构示意图；
图5为本申请实施例转轴结构件为齿轮的平面图；
图6为图5所示齿轮的径向截面图；
图7为本申请实施例转轴结构件的制备方法制备的转轴结构件坯体结构示意图和其经烧结处理制备转轴结构件的工艺流程图；
图8为本申请实施例转轴结构件的其中一种制备方法的工艺流程图；
图9为本申请实施例转轴结构件制备方法中采用递进升温的梯度烧结处理的升温曲线图；
图10为含有本申请实施例转轴结构件的折叠电子设备的结构示意图。
本申请实施例附图中的附图标记如下：
01—转轴结构件的外层坯体；
02—转轴结构件的中间层坯体；
03—转轴结构件的芯层坯体；
1—转轴结构件的外层；
2—转轴结构件的中间层，21—中间层设置的第二减重孔；
3—转轴结构件的芯层，31—芯层设置的第三减重孔，32—芯层的轴向通孔；
4—折叠电子设备的第一折叠部；
5—折叠电子设备的第二折叠部；
6—折叠电子设备的弯折部。
具体实施方式
为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
在本申请实施例中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
本申请说明书涉及的相关名称的解释说明：
耐磨金属：是指硬度大，如硬度大于400HV的一类金属单质或其合金；
塑性金属：是指在外力作用下能稳定地改变自己的形状和尺寸的一类金属单质或其合金，其脆性相对低；
轻质金属：是指密度小，但是具有相应硬度的一类金属单质或其合金，如密度低于5g/cm3。
一方面，本申请实施例提供了一种转轴结构件。本申请实施例转轴结构件的结构如图1～图6所示，包括处于轴芯处的芯层3和围合芯层3的中间层2以及围合中间层2的外层1。也即是由外层1至芯层3方向，外层1、中间层2和芯层3依次围合结合。
其中，由于外层1是处于转轴结构件的外层，其与其他构件接触。因此，外层1的硬度大于芯层3的硬度，且外层1的密度大于芯层3的密度。这样，本申请实施例转轴结构件将外层1的硬度和密度均设置大于芯层3的硬度和密度，从而使得外层1具有高的强度和硬度，赋予转轴结构件优异的耐磨削性，从而提高了转轴结构件与其接触的其他构件之间的工作稳定性和工作寿命。而密度相对外层1较小的芯层3赋予转轴结构件轻量化特性。
实施例中，外层1的硬度可以大于或者等于400HV，具体可以根据应用的需要进行控制和调整，只要能够满足应用场景所需的硬度即可。该硬度范围的外层1具有高强度和硬度，提高了转轴结构件的耐磨削性和工作的稳定性，其工作寿命长，扩展了转轴结构件的应用范围。
实施例中，外层1的材料可以选用耐磨金属，该耐磨金属赋予外层1高的机械强度和硬度，如能够有效实现上述400HV硬度，从而提高了转轴结构件与其他部件接触和工作过程中的耐磨削性，提高工作的稳定性和工作寿命。在可选实施例中，该耐磨金属可以包括不锈钢、合金钢、碳钢中的至少一种。该些金属具有高的机械强度和硬度，从而赋予外层1也即是转轴结构件的耐磨削性，提高工作的稳定性和工作寿命。当然，可以理解的是，耐磨金属也可以使用其他具有耐磨特性的材料，只要是能够实现外层1所应用的硬度要求的其他金属也在本实施例耐磨金属范围。
外层1的厚度等可以根据应用所需的硬度进行调整，如实施例中，外层1的体积可以占转轴结构件总体积的20％～50％，进一步可以为20％～40％，通过对外层1在转轴结构件中体积占比可以间接作为外层1的厚度调节的依据，以提高外层1的强度和硬度，从而转轴结构件耐磨削性，同时兼顾转轴结构件的轻量化，使得转轴结构件的耐磨削性和轻量化性能平衡且提高。当然，外层1的体积占比可以根据转轴结构件的应用需要进行调整。
进一步实施例中，在外层1上可以开设第一减重孔或/和第一减重槽(图中未显示)。该第一减重孔或/和第一减重槽应当理解的是开设在外层1的与其他部件接触外侧之外的区域，这样，既不影响外层1与其他部件接触及工作的稳定性，还能够有效降低外层1在转轴结构件中的重量占比，从而降低转轴结构件的总体重量，提高转轴结构件的轻量化特性。具体实施例中，该第一减重孔或/和第一减重槽可以是根据应用的需要或设计美观等需要进行灵活设置形状。另外，第一减重孔或/和第一减重槽的尺寸至少是不能够影响到外层1与其他部件接触和工作的稳定性以及工作使用寿命。如当外层1的体积占转轴结构件总体积的20％～50％时，由于外层1相对较薄，为了提高外层1的机械强度，可以考虑不在外层1上开设该第一减重孔或/和第一减重槽。
另外，外层1除了如图1至图6所示为圆形之外，还可以是其他形貌，具体可以根据转轴结构件的种类和应用需要调整。
转轴结构件所含的中间层2设置在芯层3与外层1之间，起到过渡作用，起到分别固定连接芯层3和外层1的作用，从而赋予转轴结构件结构具有优异的韧塑性和疲劳强度，避免外层1与芯层3直接结合而导致的脆性。
实施例中，中间层2的材料可以选用塑性金属。该塑性金属能够有效提高外层1、中间层2和芯层3三层之间的结合强度，并具有优异的韧塑性，从而提高转轴结构件结构稳定性，以提高转轴结构件的韧塑性和疲劳强度，延长其工作寿命。进一步实施例中，中间层2的材料可以为能够与外层1的材料、芯层3的材料形成合金的塑性金属。具体实施例中塑性金属可以包括金属镍、铜中的至少一种。该些塑性金属能够分别于外层1和芯层3之间形成合金，如当为金属镍，外层1材料为不锈钢时，镍与不锈钢接触界面之间形成Fe-Ni固溶体合金过渡缓冲层，具有优异的韧塑性，提高转轴结构件的韧塑性。当然，能够根据应用环境的需要实现中间层2与外层1和芯层3之间的韧塑性和疲劳强度的其他金属也在本实施例塑性金属范围。
中间层2也可以通过在转轴结构件中体积占比可以间接作为中间层2的厚度调节依据，如实施例中，中间层2的体积可以占转轴结构件总体积的5％～20％，通过对中间层2在转轴结构件中体积占比，提高中间层2的过渡作用，提高中间层2分别与外层1和芯层3之间的结合强度和韧塑性，避免外层1和芯层3直接结合导致脆性，从而提高转轴结构件结构稳定性，以提高转轴结构件的韧塑性和疲劳强度，延长其工作寿命。当然，中间层2的体积占比还可以是其它值，只要是能够有效调节中间层2分别与外层1和芯层3之间的结合强度和韧塑性以满足应用需要的韧塑性要求均在本实施例说明书公开的范围。
进一步实施例中，如图2和图4所示，在中间层2上可以开设第二减重孔或/和第二减重槽21。第二减重孔或/和第二减重槽21的设置能够有效降低中间层2在转轴结构件中的重量占比，从而降低转轴结构件的总体重量，提高转轴结构件的轻量化特性。具体实施例中，该第二减重孔或/和第二减重槽21可以是根据应用的需要或设计美观等需要进行灵活设置形状。另外，第二减重孔或/和第二减重槽21的尺寸至少是不能够影响到中间层2自身和中间层2分别与外层1和芯层3之间的结合强度和发挥其韧塑性作用。基于中间层2所处的位置和其作用或当中间层2的体积可以占转轴结构件总体积的5％～20％时，为了充分发挥中间层2的作用，提高与外层1和芯层3之间的结合强度和韧塑性，可以考虑不在中间层2上开设该第二减重孔或/和第二减重槽21。
转轴结构件所含的芯层3设置于轴芯处，且其硬度和密度设置小于外层1的硬度和密度。该密度相对较小的芯层3赋予转轴结构件轻量化特性。
实施例中，芯层3的密度可以低于5g/cm3。该密度范围的芯层3密度小，重量占比小，在保证转轴结构件整体优异结构稳定、疲劳强度和机械强度的基础上，有效降低转轴结构件的重量，从而提高转轴结构件的轻量化特性。
实施例中，芯层3的材料可以选用轻质金属。以轻质金属作为芯层3的材料，其不仅能够保证芯层3的强度，而且有效降低芯层3在转轴结构件中的重量占比。具体实施例中，该轻质金属可以包括金属钛、钛合金中的至少一种。该些轻质金属机械强度高，且密度小，而且还能够与中间层2的金属形成合金，如当为金属钛、钛合金，中间层2材料为镍时，镍与金属钛、钛合金接触界面之间形成TiNi化合物合金过渡缓冲层，不仅增强了中间层2之间的结合强度，而且密度小，强度高，提高转轴结构件轻量化。
实施例中，芯层3的体积占转轴结构件总体积的40％～70％，通过对芯层3在转轴结构件中体积占比，降低转轴结构件重量，提高其轻量化。当然，芯层3的体积占比还可以是其它值，只要是能够满足转轴结构件的应用力学性能等要求基础上进行了轻量化调整均在本实施例说明书公开的范围。
进一步实施例中，如图3和图4所示，在芯层3上可以开设第三减重孔或/和第三减重槽31，当然，该第三减重孔或/和第三减重槽31也可以定义为定位孔或定位槽。第三减重孔或/和第三减重槽31的设置能够有效降低芯层3在转轴结构件中的重量占比，从而降低转轴结构件的总体重量，提高转轴结构件的轻量化特性。具体实施例中，该第三减重孔或/和第三减重槽31可以是根据应用的需要或设计的美观等需要进行灵活设置形状。另外，第三减重孔或/和第三减重槽31的尺寸至少是不能够影响到芯层3自身和芯层3与中间层2之间的结合强度。
另外，根据需要，芯层3的轴心处还可以开设有轴向通孔32，如图3和图4所示，用于定为转轴结构件的定位或与其他构件固定连接。当然，该芯层3的轴心处也可以设置轴向凸起轴(图未显示)，以便于转轴结构件的定位或与其他构件转动连接。而且该轴向通孔32或轴向凸起轴还能够起到减重作用，进一步降低转轴结构件重量，提高其轻量化。在另些实施例中，轴向通孔32也可以仅仅用于减重，此时，该轴向通孔32也可以定义为减重孔。
实施例中，上述各实施例中的中间层2与外层1之间和/或中间层2与芯层3之间可以采用冶金结合。当中间层2与外层1和/或芯层3分别以冶金结合时，有效提高三层结构之间的结合强度，使得三层界面能够在高温作用下生成合金，形成过渡的区间，有效提高转轴结构件结构稳定性，提高其韧塑性和疲劳强度，延长其工作寿命。
基于上文各实施例中转轴结构件的结构和特性，实施例中，转轴结构件可以是齿轮、凸轮、凹轮、齿轮轴中的任一种。由于该些结构件具有上文各实施例中转轴结构件的结构和特性，因此，该些结构件具有优异的耐磨削性、轻量化、韧塑性和疲劳强度等性能，且工作寿命长，有效扩展该些结构件的应用范围。
具体实施例中，当转轴结构件为齿轮时，该齿轮的结构如图5至图6所示。齿轮的外层1的外表设有轮齿，该轮齿与其他齿轮啮合。芯层3上设有减重孔31和轴向通孔32。在外层1与芯层3之间设置有中间层2，中间层2分别与外层1与芯层3冶金结合为一体。该齿轮耐磨削性、轻量化、韧塑性优异和疲劳强度好，且工作寿命长。
因此，上文各实施例中的转轴结构件通过外层1、中间层2和芯层3的设置以及他们之间的连接和作用关系，赋予转轴结构件同时具备优异的耐磨削性、轻量化、韧塑性和疲劳强度，其结构稳定性好，机械性能优异，有效保证转轴结构件工作的稳定性，且重量相对减轻。
第二方面，本申请实施例提供上文本申请实施例转轴结构件的制备方法。本申请实施例转轴结构件的制备方法包括如下步骤：
S01：将外层坯料成型外层坯体，将中间层坯料成型中间层坯体，将芯层坯料成型芯层坯体；且将中间层坯体围合芯层坯体，外层坯体围合中间层坯体，形成转轴结构件坯体；
S02：在保护气氛中，将转轴结构件坯体进行烧结处理后进行后处理，形成转轴结构件。
其中，步骤S01中制备的转轴结构件坯体结构应该理解的是形成上文转轴结构件的坯体，也即是步骤S01中成型的芯层坯体、中间层坯体和外层坯体形成的转轴结构件坯体的结构应该是与上文本申请实施例转轴结构件对应，通过步骤S02中烧结处理和后处理，形成上文本申请实施例转轴结构件。因此，如在可选实施例中，该转轴结构件坯体结构如图7所示，中间层坯体02围合芯层坯体03，外层坯体01围合中间层坯体02。那么对应的外层坯体01为形成上文转轴结构件所含的外层1的坯体，中间层坯体02为形成上文转轴结构件所含的中间层2的坯体，芯层坯体03为形成上文转轴结构件所含的芯层3的坯体。
可选实施例中，结合图7，由于步骤S01中的外层坯体01是形成上文转轴结构件所含外层1的坯体。因此，外层坯体01应该是与上文转轴结构件所含外层1的形貌和尺寸对应的。那么外层坯料应该是能够形成外层坯体01的任何坯料。如实施例中，外层坯料可以是由包括耐磨金属颗粒与第一粘结剂混炼形成的第一混合物颗粒。通过混炼处理，使得第一粘结剂结合在耐磨金属颗粒表面。这样，由于第一粘结剂的存在，使得外层坯体01结构稳定。
在一些实施例中，耐磨金属颗粒与第一粘结剂可以按照重量比为1：(0.08-0.11)的比例混合并进行混炼处理。通过优化两者的混合比例，以提高外层坯体01的力学性能。而且该比例的第一混合物颗粒结合耐磨金属的种类以及成型条件控制还能够控制和调节外层坯体01在步骤S02中的烧结处理过程体积收缩率。
如实施例中，通过控制外层坯料如耐磨金属种类和耐磨金属颗粒与第一粘结剂的重量比以及成型条件的控制，使得外层坯体01在步骤S02中烧结处理过程中的体积收缩率比芯层坯体03的体积收缩率大，如外层坯体01在烧结处理的体积收缩率比芯层坯体03的体积收缩率可以高出0.2％～2％，进一步可以为0.2％～1％。理想的是外层坯体01在烧结处理过程中的体积收缩率比中间层坯体02的体积收缩率大，以提高烧结形成的外层1对中间层2产生压应力，提高外层1与中间层2之间的结合强度。
在一些实施例中，耐磨金属颗粒的D50粒径可以为5～30μm。另些实施例中，外层坯料如耐磨金属颗粒与第一粘结剂形成的第一混合物颗粒成型外层坯体01的方法可以为注射成型法。其中，当采用注射成型法时，该注射成型法的条件可以为：注射温度可以控制为190℃～200℃、注射速度可以控制为60～120cm3/s，注射压力可以控制为50～120MPa，模具温度可以控制为90℃～120℃。具体实施例中，注射成型的外层坯体01可以采用共注射成型机台。
具体实施例中，第一混合物颗粒中的耐磨金属种类可以如上文转轴结构件的外层1的耐磨金属材料。另些具体实施例中，第一粘结剂可以包括聚甲醛、高密度聚乙烯、石蜡、硬脂酸、抗氧化剂中的至少一种等高分子粘结剂。
步骤S01中的中间层坯体02是形成上文转轴结构件所含中间层2的坯体。因此，中间层坯体02应该是与上文转轴结构件所含中间层2的形貌和尺寸对应的。那么中间层坯料应该是能够形成中间层坯体02的任何坯料。如实施例中，中间层坯料可以是由包括塑性金属颗粒与第二粘结剂混炼处理形成的第二混合物颗粒。通过混炼处理，使得第二粘结剂结合在该金属颗粒表面。这样，由于第二粘结剂的存在，使得中间层坯体02结构稳定。
在一些实施例中，中间层坯料所含塑性金属颗粒与第二粘结剂可以是按照重量比为1：(0.08-0.11)的比例混合并进行混炼处理。通过优化两者的混合比例，以提高中间层坯体的力学性能。而且该比例第二混合物颗粒结合其所含塑性金属的种类以及成型条件控制还能够控制和调节中间层坯体02在步骤S02中的烧结处理过程体积收缩率。如实施例中，通过控制中间层坯料如其所含塑性金属种类和该金属颗粒与第二粘结剂的重量比以及成型条件的控制，使得中间层坯体02在烧结处理过程中的体积收缩率比芯层坯体03的体积收缩率大，如中间层坯体02在烧结处理的体积收缩率比芯层坯体03的体积收缩率可以高出0.2％～2％，进一步可以为0.2％～1％。以提高烧结形成的外层1、中间层2对芯层3产生压应力，提高三层之间的结合强度。
在一些实施例中，第二混合物颗粒所含塑性金属颗粒的D50粒径可以为2～20μm。另些实施例中，中间层坯料如其所含塑性金属颗粒与第二粘结剂形成的第二混合物颗粒成型中间层坯体02的方法可以为注射成型法。其中，注射成型法的条件可以为：注射温度可以控制为190℃～200℃、注射速度可以控制为60～120cm3/s，注射压力可以控制为50～120MPa，模具温度可以控制为90℃～120℃。具体实施例中，注射成型中间层坯体02可以采用共注射成型机台。
具体实施例中，第二混合物颗粒中的塑性金属种类可以如上文转轴结构件的中间层2的塑性金属材料。另些具体实施例中，第二粘结剂可以包括聚甲醛、高密度聚乙烯、石蜡、硬脂酸、抗氧化剂中的至少一种等高分子粘结剂。
步骤S01中的芯层坯体03是形成上文转轴结构件所含芯层3的坯体。因此，芯层坯体03应该是与上文转轴结构件所含芯层3的形貌和尺寸对应的。那么芯层坯料应该是能够形成芯层坯体的任何坯料。如实施例中，芯层坯料可以是由包括轻质金属颗粒与第三粘结剂混炼形成的第三混合物颗粒。通过混炼处理，使得第三粘结剂结合在轻质金属颗粒表面。这样，由于第三粘结剂的存在，使得芯层坯体03结构稳定。
在一些实施例中，芯层坯料所含轻质金属颗粒与第三粘结剂可以是按照重量比为1：(0.1-0.15)的比例混合并进行混炼处理。通过优化两者的混合比例，以提高芯层坯体的力学性能。而且该比例第三混合物颗粒结合其所含轻质金属的种类以及成型条件控制还能够控制和调节芯层坯体03在步骤S02中的烧结处理过程体积收缩率。如实施例中，通过控制芯层坯料如其所含轻质金属种类和该轻质金属颗粒与第三粘结剂的重量比以及成型条件的控制，使得芯层坯体03在烧结处理过程中的体积收缩率比中间层坯体02的体积收缩率小，如控制芯层坯体03在烧结处理过程中的体积收缩率可以为12％～20％，以保证外层1、中间层2对芯层3生产高的压应力，提高烧结处理形成的芯层3与中间层2之间的结合强度。
在一些实施例中，第三混合物颗粒所含金属颗粒的D50粒径可以为5～40μm。另些实施例中，芯层坯料如其所含轻质金属颗粒与第三粘结剂形成的第三混合物颗粒成型芯层坯体03的方法可以为注射成型法。其中，注射成型法的条件可以为：注射温度可以控制为190℃～200℃、注射速度可以控制为60～120cm3/s，注射压力可以控制为50～120MPa，模具温度可以控制为90℃～120℃。具体实施例中，注射成型芯层坯体可以采用共注射成型机台。
具体实施例中，第三混合物颗粒中的轻质金属种类可以如上文转轴结构件的芯层3的轻质金属材料。另些具体实施例中，第三粘结剂可以包括聚甲醛、高密度聚乙烯、石蜡、硬脂酸、抗氧化剂中的至少一种等高分子粘结剂。
另外，步骤S01中的成型外层坯体01、中间层坯体02和芯层坯体03可以是分开成型，也可以是采用一体成型，如采用共注射一体成型。也可以是先成型外层坯体01，再在外层坯体01的腔体内成型中间层坯体02，然后在中间层坯体02的腔体内成型芯层坯体03。当然，还可以先成型芯层坯体03，再成型围合芯层坯体的中间层坯体02，然后成型围合中间层坯体02的外层坯体01。如实施例中，当步骤S01中是采用注射方法先成型外层坯体01，再在外层坯体01的腔体内成型中间层坯体02，然后在中间层坯体02的腔体内成型芯层坯体03时，该步骤S01中制备转轴结构件坯体的方法可以包括如下步骤和图8所示工艺流程进行成型：
S11.坯体配制：分别配制外层坯体料、中间层坯体料和芯层坯体料；
S12.注射成型外层坯体：按照转轴结构件坯体所含外层坯体形貌利用外层坯体料采用注射成型方法注射成型外层坯体；
S13.注射成型中间层坯体：按照转轴结构件坯体所含中间层坯体形貌在外层坯体内侧利用中间层坯体料采用注射成型方法注射成型中间层坯体，使得中间层坯体原位成型于外层坯体内侧；
S14.注射成型芯层坯体：按照转轴结构件坯体所含芯层坯体形貌在中间层坯体内侧利用芯层坯体料采用注射成型方法注射成型芯层坯体，使得芯层坯体原位成型于中间层坯体内侧，形成转轴结构件粗坯体；
通过上述分步逐个注射转轴结构件坯体各坯体层方法，使得成型的外层坯体01、中间层坯体02和芯层坯体03之间结合力强，形成的转轴结构件坯体力学性强，结构稳定，而且质量高。
在一些实施例中，当芯层坯体03、中间层坯体02和外层坯体01含有上文粘结剂时，在进行步骤S02中的烧结处理之前如在上述步骤S14之后，还可以包括如图8所示的步骤S15：
S15.脱脂处理：将步骤S14中制备的转轴结构件粗坯体进行脱脂处理，除去粘结剂等成分转轴结构件坯体。通过该脱脂处理的步骤以除去芯层坯体03、中间层坯体02和外层坯体01也即是转轴结构件粗坯中所含的粘结剂，避免粘结剂对最终转轴结构件的机械性能造成不利影响。
实施例中，该脱脂处理可以采用酸触媒脱脂法脱除粘结剂。如将酸触媒脱脂的温度可以控制在110℃～130℃，脱除粘结剂时间可以为2～4h，溶剂脱脂温度可以为25℃～60℃，溶剂脱脂时间可以为2～10h。另些实施例中，酸触媒脱脂法脱除粘结剂的催化脱脂媒介可以为硝酸或草酸。通过对脱脂处理的方法和条件进行控制，提高脱脂效率，并保证芯层坯体、中间层坯体和外层坯体中的至少一种结构的稳定和力学性能。
在S02中，步骤S01中获得的转轴结构件坯体在烧结处理后形成烧结态坯体，也即是上文转轴结构件的烧结态坯体。
实施例中，烧结处理的温度可以为500℃～1360℃，烧结的时间应该是充分的，使得如图7所示的芯层坯体03、中间层坯体02和外层坯体01三者充分烧结并分别形成上文转轴结构件所含芯层3、中间层2和外层1的烧结态坯体。与此同时，在烧结处理过程中，芯层坯体03、中间层坯体02和外层坯体01的体积发生体积收缩现象如发生上文所述芯层坯体03、中间层坯体02和外层坯体01各自预定的体积收缩率，以使得生成的芯层烧结态坯体、中间层烧结态坯体、外层烧结态坯体三者结合力显著的增强，而且使得芯层烧结态坯体与中间层烧结态坯体、中间层烧结态坯体与外层烧结态坯体界面形成相应的合金，从而一体形成力学性能强结构牢固的转轴结构件的烧结态坯体。
实施例中，烧结处理设置可以设置为包括如下递进升温的梯度烧结处理：
第一梯度烧结处理：在保护气氛中，先可以升温至500～700℃，具体可以是500℃、550℃、600℃、650℃、700℃等典型但非限制性温度；保温时间可以为120-240min，具体可以是120min、150min、170min、200min、220min、240min等典型但非限制性保温时间；
第二梯度烧结处理：再可以升温至950-1100℃，具体可以是950℃、1000℃、1050℃、1100℃等典型但非限制性温度；真空度可以为≤10-3Pa；保温时间可以为60-90min，具体可以是60min、65min、70min、75min、80min、85min、90min等典型但非限制性保温时间；
第三梯度烧结处理：然后可以升温至1330-1360℃，具体可以是1330℃、1340℃、1350℃、1360℃等典型但非限制性温度；真空度可以为≤10-3Pa；保温时间可以为60-180min，具体可以是60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min、130min、140min、150min、160min、170min、180min等典型但非限制性保温时间。
通过递进升温的梯度烧结处理，使得芯层坯体、中间层坯体和外层坯体三者受热均匀，能够有效提高烧结形成的芯层、中间层和外层的烧结态坯体强度以及彼此之间的结合强度等机械性能，而且提高结构和尺寸的稳定性，避免三者在烧结中发生形变，从而提高转轴结构件的烧结态坯体良品率。另外，该烧结处理，还能够有效调节外层坯体、中间层坯体和形成坯体之间的体积收缩率，如上文中各坯体的体积收缩率。
其中，在第一梯度烧结处理中，其能够使得外层坯体、中间层坯体、芯层坯体中高分子粘结剂通过热分解完全脱除，同时使得外层坯体、中间层坯体、芯层坯体产生预烧结，增强外层坯体、中间层坯体、芯层坯体强度。作为本申请实施例，升温至第一梯度烧结温度的升温速率可以控制为1.5～3.5℃/min，具体可以是1.5℃/min、2℃/min、3℃/min、3.5℃/min等典型但非限制性升温速率。保护气氛可以是氮气或惰性气体的保护气氛。其中，惰性气体可以但不仅仅为氩气。具体实施例中，该氮气或惰性气体可以是一定流速如10L/min通入，形成有效的保护气氛。
在第二梯度烧结处理中，其能够通过碳氧反应消耗经第一梯度预烧结后的外层坯体、中间层坯体、芯层坯体中含有杂质氧元素；同时使得预烧结后的外层坯体、中间层坯体的烧结致密化。升温至第二梯度烧结温度的升温速率可以控制为2.5～4℃/min，具体可以是2.5℃/min、3℃/min、3.5℃/min、4℃/min等典型但非限制性升温速率。
在第三梯度烧结处理中，其能够经第二烧结处理后的外层坯体充分致密化，消除气孔，生成上文转轴结构件所含的外层1，如测得经第三梯度烧结处理后生成的外层致密度达到98％以上。同时经第二烧结处理后的中间层坯体、芯层坯体分别生成上文转轴结构件所含的中间层坯体2、芯层坯体3。另外，在第三梯度烧结处理中，经第二烧结处理后的外层坯体、中间层坯体、芯层坯体尺寸烧结收缩到需要尺寸值，而且使得生成的外层、中间层和芯层之间具有强的结合强度。升温至第三梯度烧结温度的升温速率可以控制为6～12℃/min，具体可以是6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min、11℃/min、12℃/min等典型但非限制性升温速率。
通过对各梯度烧结处理的升温速率进行控制和调节，进一步提高转轴结构件的烧结态坯体对应机械性能和良品率。而且，在第二梯度烧结处理和第三梯度烧结处理过程中，外层坯体、中间层坯体、芯层坯体接触界面之间的金属形成合金，从而增强生成的外层、中间层和芯层界面之间的结合强度。
另外，实施例中，上述烧结处理后冷却处理可以包括先随炉温降低至1000-800℃后进行速冷至室温。其中，速冷是以2-5℃/min冷却速率冷却至室温。通过分段冷却，以提高冷却速率，提高制备的效率，同时能改善转轴结构件的烧结态坯体的对应机械性能。当然，该冷却处理也可以直接随炉温冷却到室温。
基于上述梯度烧结处理的步骤和可选的条件，实施例中，梯度烧结处理可以按照图9所示的梯度烧结处理步骤和条件进行烧结处理。可以具体参照图9中的梯度烧结处理：
第一梯度烧结处理：在流量可以控制为10L/min氮气或氩气的保护气体环境中，可以控制在180min内从室温可以先升温至600℃，并可以于600℃可以保温120min；
第二梯度烧结处理：可以控制在180min内再从600℃可以升温至1050℃，于真空度可以为≤10-3Pa的环境中可以保温60min；
第三梯度烧结处理：可以控制在90min内再从1050℃可以升温至1360℃；继续于真空度可以为≤10-3Pa的环境中可以保温90min；
自然冷却处理：待第三梯度烧结处理后，可以先随炉温从1360℃可以降低至900℃；
快速冷却处理：待自然冷却处理如冷却至900℃后进行速冷至室温。
上述如图9所示的烧结处理仅仅是上文烧结处理的其中一实施方式，还可以根据制备的转轴结构件应用性能的需要进行调节上述烧结处理的步骤和相应的工艺条件。
步骤S02中的后处理是为了进一步提高转轴结构件的烧结态坯体的尺寸精度和/或机械性能等，如实施例中，后处理可以包括对转轴结构件的烧结态坯体进行冷整形处理、局部计算机数字化控制精密机械加工(CNC)处理、去毛刺处理、热处理等至少一种处理的步骤，如在可选实施例中，该后处理可以包括如图8所示的对转轴结构件的烧结态坯体依次进行冷整形处理、局部CNC处理、去毛刺处理、热处理的步骤。
其中，冷整形处理是对转轴结构件的烧结态坯体进行尺寸和形状的修整，提高烧结态坯体尺寸、形状精度，也即是提高转轴结构件的尺寸、形状精度。
局部CNC处理是对转轴结构件的烧结态坯体如经冷整形后的烧结态坯进行局部的CNC，加工至转轴结构件成品形状。
去毛刺处理是对转轴结构件的烧结态坯体如经局部CNC后的烧结态坯体进行刺溜、喷砂等工艺去除如CNC段产生的毛刺。
热处理是对转轴结构件的烧结态坯体如经去毛刺后的烧结态坯体进行淬火处理+回火处理，目的是提高转轴结构件外层的硬度。实施例中，淬火处理的温度可以是600～1060℃，如于真空气氛中可以保温40min～2.5h。保温结束后可以进一步采用高压气淬冷却，气淬介质可以为惰性气体如氮气或氩气。在一些实施例中，淬火处理可以包括第一淬火处理和第二淬火处理；其中，第一淬火处理的温度可以为600～800℃，保温时间可以为10～30min；第二淬火处理的温度可以为1000～1060℃，保温时间可以为0.5～2h。
实施例中，回火处理的温度可以为120-300℃，如可以是180℃，保温时间可以是2～4h，如可以是2h，气氛可以为真空或惰性气体，其中，惰性气体可以是氮气或氩气。
通过对热处理条件优化，以进一步提高制备的转轴结构件的机械性能特别是其所含外层的机械性能，如提高其硬度和强度。
因此，上述各实施例转轴结构件的制备方法通过对其步骤和条件的控制或进一步对条件的优化，使得制备的转轴结构件不仅具有高强度和硬度的外层，同时具有轻质的芯层以及固定连接外层与芯层的过渡中间层，赋予制备的转轴结构件不仅仅具有优异的耐磨削性和轻量化性能，而且还具有高的韧塑性和疲劳强度，精度高。另外，本申请实施例转轴结构件的制备方法工艺条件易控，能够有效保证制备的转轴结构件高的良品率，性能稳定，且效率高，能够工业化生产制造。
第三方面，基于上文本申请实施例转轴结构件及其制备方法。本申请实施例还提供了一种转轴组件。本申请实施例转轴组件含有上文本申请实施例转轴结构件和与本申请实施例转轴结构件所含外层1活动接触的其他部件，当然还可以包括用于转轴组件定为的定位构件等，具体的其他构件可以根据本申请实施例转轴组件的类型而定。如在一实施例中，当上文本申请实施例转轴结构件为齿轮时，那么本申请实施例转轴组件还含有与齿轮的外层1上分布的轮齿啮合的至少另一齿轮。由于本申请实施例转轴组件含有本申请实施例转轴结构件，因此，本申请实施例转轴结构件具有优异的耐磨削性和轻量化以及疲劳强度等特性，工作稳定性好，工作寿命长，能够有效降低含有本申请实施例转轴组件的设备重量，并提高相应设备的工作性能的稳定性和工作寿命。
第四方面，基于上文本申请实施例转轴组件，本申请实施例还提供了一种电子设备。本申请实施例电子设备包括上文本申请实施例转轴组件。这样，本申请实施例电子设备至少部分部件可以通过转轴组件实现折叠或/和卷绕，从而有效提高电子设备工作性能的稳定性和工作寿命，而且能够实现轻量化，提高了便携性。
实施例中，本申请实施例电子设备可以是折叠电子设备或卷绕电子设备。
当本申请实施例电子设备为折叠电子设备时，实施例中，该折叠电子设备的结构如图10所示，可以至少包括第一折叠部4和第二折叠部5以及连接第一折叠部4和第二折叠部5的弯折部6，且第一折叠部4和第二折叠部5可以基于弯折部6相对转动。当然，该折叠电子设备基于图10所示的，其还可以至少衍生出第三折叠部(图10未显示)等至少一个折叠部，以增大折叠电子设备展开的面积。当折叠部为显示器件时，增加折叠部可以增大折叠电子设备展开后的显示区域或面积。其中，该弯折部6含有上文本申请实施例转轴组件。具体实施例中，该折叠电子设备可以是笔记本电脑、折叠屏手机等。
当本申请实施例电子设备为卷绕电子设备时，实施例中，该卷绕电子设备可以至少包括卷绕单元和由卷绕单元驱动实现卷绕和伸展的本体。其中，该卷绕单元包括含有上文本申请实施例转轴组件。具体实施例中，该卷绕电子设备可以是卷绕显示屏、含卷绕显示屏的电视、含卷绕显示屏的电脑、含卷绕显示屏的手机等任一种。
以下结合具体实施例对上述转轴结构件及其的制备方法进行详细阐述。
本实施例提供一种齿轮及其制备方法。齿轮的结构如图5和图6所示，包括外侧设有轮齿的外层1和设于轴心处的芯层3以及冶金结合在外层1和芯层3之间的中间层2，三者是处于垂直齿轮轴线的同一平面上。其中，外层1的材料可以为420w不锈钢或Fe-8Ni材料等，且其体积可以占齿轮总体积的20％等；中间层2的材料可以为金属镍，且其体积可以占齿轮总体积的10％、5％或20％等；芯层3可以为TC4钛合金或TA4纯钛等，且芯层3的轴心处开设有通孔32，且其体积可以占齿轮总体积的70％、75％或40％等。
该齿轮的制备方法工艺流程如图7和图8所示，包括如下步骤：
S1.坯料的制备：
S11：将420w不锈钢粉末(如实施例1和实施例2)或Fe-8Ni材料(如实施例3)等与高分子粘结剂可以按照重量比为1：0.097(如实施例1)、1：0.08(如实施例2)或1：0.118(如实施例3)等的比例于Σ型捏合机中混炼如2h，混炼温度可以为195℃；混炼完毕后得到喂料，将喂料倒入混炼挤出机中挤出制粒，得到外层坯料；其中，420w粉末D50粒径可以为5～30μm，具体可以为5μm(如实施例1)、15μm(如实施例2)或20μm(如实施例3)等；
S12：将金属Ni粉末与高分子粘结剂可以按照重量比为1：0.097(如实施例1)、1：0.08(如实施例2)或1：0.118(如实施例3)等于Σ型捏合机中混炼如2h，混炼温度可以为195℃；混炼完毕后得到喂料，将喂料倒入混炼挤出机中挤出制粒，得到中间层坯料；其中，Ni粉末D50粒径可以为2～20μm，具体可以为5μm(如实施例1和实施例2)、8μm(如实施例3)等；
S13：将TC4钛合金粉末(如实施例1和实施例2)或TA4纯钛(如实施例3)等与高分子粘结剂可以按照重量比1：0.130(如实施例1)、1：0.10(如实施例2)或1：0.150(如实施例3)等于Σ型捏合机中混炼如2h，混炼温度可以为195℃；混炼完毕后得到喂料，将喂料倒入混炼挤出机中挤出制粒，得到芯层坯料；TC4钛合金粉末D50粒径可以为5～40μm，具体可以为20μm(如实施例1和实施例2)或35μm(如实施例3)等；
S2.共注射成型：
可以使用共注射成型机台进行注射成型，设置注射成型的条件可以为：注射温度可以为190℃～200℃，具体可以为190℃，注射速度可以为60～120cm3/s，具体可以为60cm3/s，注射压力可以为50～120MPa，具体可以为50MPa，模具温度可以为90～120℃，具体可以为90℃；
具体注射成型方法：先使用外层模具，将外层坯料注射成型外层坯体01；再使用中间层模具，在外层坯体01内部将中间层坯料注射成型中间层坯体02；然后最使用内芯模具，在外层坯体01/中间层坯体02内部将芯层坯料注射成型芯层坯体03。得到外层坯体01/中间层坯体02/芯层坯体03的齿轮坯体；
S3.脱除粘结剂：
可以以硝酸或草酸作为催化脱脂媒介，如通过酸触媒脱脂脱法对外层坯体01/中间层坯体02/芯层坯体03的齿轮坯体除粘结剂；其中，酸触媒脱脂温度可以为110℃～130℃，具体可以为130℃，脱除粘结剂时间可以为2～4h，具体可以为2h；溶剂脱脂温度可以为25～60℃，具体可以为25℃，溶剂脱脂时间可以为2～10h，具体可以为2h；
S4.共烧结处理：
烧结设备可以为真空批次炉；如按照图9所示的递进升温的梯度烧结处理条件对步骤S3脱除粘结剂的齿轮坯体进行共烧结处理，得到齿轮烧结态坯体；
通过共烧结处理，芯层坯体中钛与中间层坯体中镍在芯层与中间层界面处生成TiNi化合物的过渡层，具有较好的韧塑性；外层坯体中不锈钢与中间层坯体中镍在外层与中间层界面处生成Fe-Ni固溶体的过渡层；经检测，芯层坯体烧结收缩可达到16.5％(如实施例1)、15.0％(如实施例2)、17.0％(如实施例3)，中间层坯体的体积收缩率可达到16.5％(如实施例1)、16.3％(如实施例2)、17.0％(如实施例3)，外层坯体的体积收缩率可达到16.8％(如实施例1)、16.3％(如实施例2)、16.0％(如实施例3)等，烧结收缩的梯度差使得三部分进行紧密结合；
S5.共烧结处理后的后处理：
S51.冷整形：
对齿轮烧结态坯体进行冷整形，保证零件尺寸、形状精度；
S52.局部CNC：
对冷整形后齿轮烧结态坯体进行局部的CNC，加工至最终齿轮形状；
S53.去毛刺：
通过刺溜、喷砂等工艺去除CNC段产生的毛刺；
S54.热处理：
对去毛刺的齿轮烧结态坯体进行热处理，得到齿轮终产品，热处理可以采用淬火+回火的制度，以提高不锈钢外层的硬度；淬火工序的最高温度可以为1050℃、1020℃或980℃，保温时间可以为1.5H、1.0H，气氛真空，保温结束后采用高压气淬冷却，气淬介质可以为惰性气体如氮气或氩气；回火温度可以为180℃、120℃或300℃等，保温时间可以为2H，气氛可以为真空或惰性气体，惰性气体可以是氮气或氩气。
对比例1
本对比例提供一种齿轮，其与实施例1中齿轮相比，其中间层和芯层均与外层材料相同，为不锈钢。
该齿轮采用注射成型+热处理的制备方法获得：
按照实施例1中外层坯料配制整个含420w不锈钢齿轮坯料，然后按照下述的工艺步骤制备获得齿轮：
坯料→注射成型→脱除粘结剂→烧结处理→整形→热处理(淬火&回火)。
对比例2
本对比例提供一种齿轮，其与实施例1中齿轮相比，其中间层和芯层均与外层材料相同，为不锈钢。
该齿轮采用机加工+热处理的制备方法获得：
直接选用420w不锈钢板材/型材按照下述的工艺步骤制备获得齿轮：
不锈钢板材/型材→机加工→热处理(淬火&回火)。
对比例3
本对比例提供一种齿轮，其与实施例1中齿轮相比，其不含中间层。
本对比例齿轮参照实施例1中制备方法制备(与实施例1中齿轮制备方法相比，成型中间层坯料，也即是形成外层坯体直接围合形成的齿轮坯体)。
转轴结构件的相关性能测试：
如将上述实施例1至实施例3和对比例1至对比例3提供的转轴结构件分别采用行业常用的检测标准检测转轴结构件的相关性能。测得的结果如下述表1所示。
表1
由表1可知，本申请实施例1至实施例3提供的转轴结构件的外层硬度与对比例1和对比例2相近，但是密度明显低于对比例1和对比例2，耐磨寿命不降低的前提下，重量降低40％。因此，本申请实施例提供的转轴结构件在具有良好耐磨削性的前提下同时具有明显的轻量化特性和优势。
本申请实施例1至实施例3提供的转轴结构件的外层硬度和密度虽然与对比例3相近，也即是对比例3提供的转轴结构件也具有明显的轻量化特性和优势，但是对比例3中外层与芯层直接形成Fe2Ti脆性相，其塑性低，脆性高，导致易开裂，从而导致对比例3提供的转轴结构件的韧塑性不理想，其疲劳强度低，工作寿命短。而本申请实施例提供的转轴结构件由于中间层的存在，其具有优异的韧塑性，疲劳强度高，工作寿命长。
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。

Claims (24)

1.一种转轴结构件，用于电子设备，其特征在于，包括芯层和围合所述芯层的中间层以及围合所述中间层的外层，且所述外层的硬度大于所述芯层的硬度，所述外层的密度大于所述芯层的密度；所述中间层分别与所述外层和所述芯层固定连接；所述芯层的轴心处具有轴向通孔或轴向凸起轴；所述外层、所述中间层和所述芯层中的至少一层上开设有减重孔或/和减重槽。
2.如权利要求1所述的转轴结构件，其特征在于，所述外层的硬度大于或等于400HV；和/或，
所述芯层的密度低于5g/cm3。
3.如权利要求1或2所述的转轴结构件，其特征在于，所述外层的材料为耐磨金属，所述芯层的材料为轻质金属，所述中间层的材料为塑性金属。
4.如权利要求3所述的转轴结构件，其特征在于，所述耐磨金属包括不锈钢、合金钢、碳钢中的至少一种；和/或，
所述塑性金属包括金属镍、铜中的至少一种；和/或，
所述轻质金属包括金属钛、钛合金中的至少一种。
5.如权利要求1或2所述的转轴结构件，其特征在于，所述中间层的材料为能够与所述外层的材料和/或所述芯层的材料形成合金的塑性金属。
6.如权利要求5所述的转轴结构件，其特征在于，所述中间层的材料为金属镍，所述外层的材料为不锈钢，所述中间层与所述外层的接触界面之间形成Fe-Ni固溶体合金过渡缓冲层；
和/或，所述中间层的材料为金属镍，所述芯层的材料包括金属钛、钛合金中的至少一种，所述芯层与所述中间层的接触界面之间形成TiNi化合物合金过渡缓冲层。
7.如权利要求1、2或4所述的转轴结构件，其特征在于，所述外层的体积占所述转轴结构件总体积的20％～50％，所述中间层占所述转轴结构件总体积的5％～20％，所述芯层占所述转轴结构件总体积的40％～70％。
8.如权利要求1、2或4所述的转轴结构件，其特征在于，所述中间层与所述外层之间和/或所述中间层与所述芯层之间为冶金结合。
9.如权利要求1、2或4所述的转轴结构件，其特征在于，所述转轴结构件为齿轮、凸轮、凹轮、齿轮轴中的任一种。
10.一种转轴结构件的制备方法，所述转轴结构件用于电子设备，其特征在于，包括如下步骤：
将外层坯料成型外层坯体，将中间层坯料成型中间层坯体，将芯层坯料成型芯层坯体，且将所述中间层坯体围合所述芯层坯体，所述外层坯体围合所述中间层坯体，形成转轴结构件坯体；
在保护气氛中，将所述转轴结构件坯体进行烧结处理后进行后处理，得到转轴结构件，其中，由所述外层坯体经所述烧结处理形成的外层的硬度大于由所述芯层坯体经所述烧结处理形成的芯层的硬度，且所述外层的密度大于所述芯层的密度，所述中间层坯体为形成中间层，所述中间层分别与所述外层和所述芯层固定连接，所述芯层的轴心处具有轴向通孔或轴向凸起轴；所述外层、所述中间层和所述芯层中的至少一层上开设有减重孔或/和减重槽。
11.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述外层坯体、所述中间层坯体、所述芯层坯体中的至少一种是采用注射法成型；和/或，
所述外层坯料由包括耐磨金属颗粒与第一粘结剂进行混炼形成的第一混合物颗粒；和/或，
所述中间层坯料由包括塑性金属颗粒与第二粘结剂进行混炼形成的第二混合物颗粒；和/或，
所述芯层坯料由包括轻质金属颗粒与第三粘结剂进行混炼形成的第三混合物颗粒。
12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在所述将所述转轴结构件坯体进行烧结处理之前，还包括先将转轴结构件坯体进行脱脂处理除去所述第一粘结剂、第二粘结剂和/或第三粘结剂的步骤；和/或，
所述注射法成型的条件为：注射温度为190℃-200℃、注射速度60-120cm3/s，注射压力50-120MPa，模具温度90-120℃。
13.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述耐磨金属颗粒的D50粒径为5-30μm；
所述塑性金属颗粒的D50粒径为2-20μm；
所述轻质金属颗粒的D50粒径为5-40μm。
14.如权利要求10-13任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述烧结处理过程中，所述外层坯体的体积收缩率大于所述中间层坯体的体积收缩率，所述中间层坯体的体积收缩率的大于所述芯层坯体的体积收缩率。
15.如权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述芯层坯体的体积收缩率为12～20％；和/或，
所述外层坯体和所述中间层坯体的体积收缩率比所述芯层坯体的体积收缩率高出0.2～2％。
16.如权利要求10-13、15任一项所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的温度为500℃-1360℃。
17.如权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理包括如下递进升温的梯度烧结处理：
在保护气氛中，先升温至500-700℃，保温时间为120-240min；
再升温至950-1100℃，保温时间为60-90min，真空度＜10-3Pa；
接着升温至1330-1360℃，保温时间为60-180min，真空度＜10-3Pa；
和/或，
所述烧结处理的冷却处理包括先随炉温冷却至1000-800℃，然后以2-5℃/min的降速速率冷却至室温。
18.如权利要求10-13、15、17任一项所述的制备方法，其特征在于，所述后处理包括如下步骤：
依次经所述烧结处理形成的烧结态坯体进行冷整形处理、局部加工处理、去毛刺、退火处理中的至少一处理。
19.一种转轴组件，包括权利要求1-9任一项所述的转轴结构件或由权利要求10-18任一项所述的制备方法制备的转轴结构件，且所述转轴结构件的外层与所述转轴组件的其他构件活动接触。
20.如权利要求19所述的转轴组件，其特征在于，所述转轴结构件为齿轮，所述转轴组件还包括与所述齿轮相啮合的另一齿轮。
21.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求19或20所述的转轴组件。
22.如权利要求21所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为折叠电子设备或卷绕电子设备。
23.如权利要求22所述的电子设备，其特征在于，在所述电子设备为折叠电子设备时，所述折叠电子设备包括第一折叠部和第二折叠部以及连接所述第一折叠部和所述第二折叠部的弯折部，且所述第一折叠部和所述第二折叠部可基于所述弯折部相对转动；其中，所述弯折部含有所述转轴组件。
24.如权利要求22所述的电子设备，其特征在于，在所述电子设备为卷绕电子设备时，所述卷绕电子设备包括卷绕单元和由所述卷绕单元驱动实现卷绕和伸展的本体；其中，所述卷绕单元包括所述转轴组件。
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