CN116972072A - 一种关节轴承、制备方法及包含该关节轴承的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种关节轴承、制备方法及包含该关节轴承的设备。所述关节轴承包括内圈和外圈，内圈安装在外圈的内部；所述内圈包括内圈基体和陶瓷涂层，所述内圈基体朝向所述外圈的表面上涂覆有所述陶瓷涂层；在所述关节轴承的内外圈的缝隙中填注有润滑层，所述润滑层为导热‑润滑双功能复合树脂；所述导热‑润滑双功能复合树脂包括热固性树脂基体、改性填料和导热‑润滑双功能微胶囊；所述导热‑润滑双功能微胶囊的芯材包括纳米金属粒子和润滑油，壳材为树脂。本发明对关节轴承的轴承内圈进行陶瓷化，同时在关节轴承的内外圈中的缝隙中填注导热‑润滑双功能复合树脂作为润滑层，以增强其耐磨性、耐热性，从而提高服役寿命。
Description
技术领域
本发明涉及关节轴承领域，具体涉及一种关节轴承、制备方法及包含该关节轴承的设备。
背景技术
关节轴承是一种球面滑动轴承，其滑动接触面是一个内球面和一个外球面，运动时可以在任意角度旋转摆动，其具有承载载荷能力大、自调心、润滑好等优点，但在极端工况下，即高温度和长时间服役寿命下，内圈钢材和润滑材料经过长时间的运动磨损，极易造成大幅度磨损进而失效故障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种关节轴承、制备方法及包含该关节轴承的设备。本发明对关节轴承的轴承内圈进行陶瓷化，同时在关节轴承的内外圈中的缝隙中填注导热-润滑双功能复合树脂作为润滑层，以增强其耐磨性、耐热性，从而提高服役寿命。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供一种关节轴承，包括内圈和外圈，所述内圈安装在外圈的内部；所述内圈包括内圈基体和陶瓷涂层，所述内圈基体朝向所述外圈的表面上涂覆有所述陶瓷涂层；
在所述关节轴承的内外圈的缝隙中填注有润滑层，所述润滑层为导热-润滑双功能复合树脂；
所述导热-润滑双功能复合树脂包括热固性树脂基体、改性填料和的导热-润滑双功能微胶囊；以所述热固性树脂基体的质量为100％计，所述改性填料的质量占比为0.1％～50％，优选为1％～20％，更优选为4％～10％；所述导热-润滑双功能微胶囊的质量占比为0.1％～50％，优选为10％～50％，更优选为20％～40％；
所述导热-润滑双功能微胶囊的芯材包括纳米金属粒子和润滑油，壳材为树脂；
在所述导热-润滑双功能微胶囊中，所述纳米金属粒子的质量占比为1％～10％，优选为1％～9％，更优选为3％～9％；所述润滑油的质量占比为10％～20％，其余为树脂壳材。
由于内圈陶瓷涂层的引入，极大提高了关节轴承的耐磨性和使用寿命，同时由于陶瓷材料的耐高温性，能够提高关节轴承的使用温度，同时采用导热-润滑双功能复合树脂作为润滑层，提高润滑层的耐高温性能，使得关节轴承的高温工况得以实现。
根据本发明的关节轴承，优选地，所述内圈基体的表面上形成有条纹织构，以增强陶瓷涂层和内圈基体的结合性。更优选地，所述条纹织构的宽度为2～10μm，优选为3～6μm；所述条纹织构的深度为1～5μm，优选为2～4μm。所述条纹织构可以是平行排列，或者是交叉排列形成各种图案，例如菱形、梅花形等。
根据本发明的关节轴承，优选地，所述陶瓷涂层选自但不限于氧化铝陶瓷涂层、氧化锆陶瓷涂层、氧化铬陶瓷涂层、碳化硅陶瓷涂层、KN17高分子陶瓷聚合物涂层或KN高温陶瓷涂层。
根据本发明的关节轴承，优选地，所述陶瓷涂层的厚度为10～1000μm(比如涂层厚度为10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm)。
本发明使用导热-润滑双功能复合树脂作为润滑层，复合树脂中的微胶囊具有导热-润滑双功能，可增强其耐磨性、耐热性，从而提高服役寿命。
关于导热-润滑双功能复合树脂，优选地，在所述导热-润滑双功能复合树脂中，以所述热固性树脂基体的质量为100％计，所述纳米金属粒子的质量占比为0.001％～5％，更优选为0.1％～5％，进一步优选为1％～4％。
关于导热-润滑双功能复合树脂，优选地，所述导热-润滑双功能微胶囊的芯材还包括润滑颗粒；
在所述导热-润滑双功能微胶囊中，所述润滑颗粒的质量占比为10％～30％，更优选为25％～30％。
关于导热-润滑双功能复合树脂，优选地，所述导热-润滑双功能微胶囊的芯材还包括纤维；
在所述导热-润滑双功能微胶囊中，所述纤维的质量占比为10％～20％。
关于导热-润滑双功能复合树脂，优选地，所述壳材采用环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯和聚酰亚胺中的至少一种。
关于导热-润滑双功能复合树脂，添加所述纳米金属粒子可以有效提升树脂的导热性能。优选地，所述纳米金属粒子选自纳米银粉、纳米铜粉、纳米钼粉、纳米铝粉、纳米铁粉、纳米钴粉、纳米镍粉中的至少一种。
关于导热-润滑双功能复合树脂，优选地，所述纳米金属粒子选自纳米铁粉、纳米钴粉、纳米镍粉等具有电磁特性的纳米金属粒子中的至少一种，由于此些纳米金属粒子还具有电磁特性，因此可进一步通过电磁场的方式，定向调控微胶囊在复合树脂中的位置，提升高温局部区域的散热速率。更优选地，在所述润滑层中，所述纳米金属粒子分布于其中的一部分；即：具有电磁特性的所述纳米金属粒子分布于所述导热-润滑双功能复合树脂中的局部区域。具体可以通过电磁场的方式定向调控微胶囊在复合树脂中的位置，从而提升高温局部区域的散热速率。
关于导热-润滑双功能复合树脂，所述润滑颗粒具有良好的润滑作用。优选地，所述润滑颗粒选自石墨烯、碳纳米管、聚四氟乙烯纳米颗粒、石墨、二硫化钼中的至少一种。
关于导热-润滑双功能复合树脂，所述纤维具有增强力学性能作用，可提高抗压缩能力。优选地，所述纤维选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的至少一种。
关于导热-润滑双功能复合树脂，优选地，所述热固性树脂基体选自环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯、聚酰亚胺中的至少一种。
关于导热-润滑双功能复合树脂，优选地，所述改性填料选自碳酸钙、粘土、高岭土、滑石粉、石棉、云母、炭黑、硫酸钙、亚硫酸钙、碳纤维、玻璃纤维、二氧化硅、石墨烯、碳纳米管、聚四氟乙烯纳米颗粒、石墨、二硫化钼、氮化硼、氧化锆中的至少一种。在热固性树脂基体中添加改性填料可以有助于提升树脂的强度、韧性和耐磨性。具体的，若改性填料选自滑石粉、石棉、云母、炭黑、硫酸钙、亚硫酸钙、金属粉、二硫化钼、氮化硼、氧化锆和聚四氟乙烯纳米颗粒中的至少一种时，可以很好的提升树脂的耐磨性，若改性填料选自碳酸钙、粘土、高岭土、碳纤维、玻璃纤维、二氧化硅、石墨烯和碳纳米管中的至少一种，可以同时很好的提升树脂的强度和韧性，进而提高树脂的性能和可靠性。
本发明所使用的导热-润滑双功能复合树脂结构密实且无裂纹孔洞等缺陷，并且在不影响力学性能和摩擦学性能的前提下，导热性能大幅度提升；还可以进一步优选纳米铁粉、纳米钴粉、纳米镍粉等具有电磁特性的纳米金属粒子，实现通过电磁场的方式定向调控微胶囊在复合树脂中的位置，提升高温局部区域的散热速率。
本发明另一方面提供一种以上关节轴承的制备方法，包括以下步骤：
在所述关节轴承的内圈基体上喷涂所述陶瓷涂层；
将所述内圈和外圈进行装配；
将所述热固性树脂基体、改性填料和导热-润滑双功能微胶囊混合，得到混合原料；将所述混合原料进行抽真空处理后，注入所述关节轴承的内外圈的缝隙中；之后对所述缝隙进行抽真空处理，并固化处理，形成所述润滑层。
根据本发明的制备方法，优选地，通过激光在所述关节轴承的内圈基体上形成条纹织构，之后再喷涂所述陶瓷涂层。
根据本发明的制备方法，优选地，通过电弧喷涂、等离子喷涂、超音速喷涂、亚音速喷涂或复合喷涂等方式喷涂所述陶瓷涂层。
根据本发明的制备方法，优选地，制备陶瓷涂层的流程包括：首先通过烘烤除油、保护处理、表面喷砂、清洁处理、产品预热、热喷底漆、底漆烘烤、热涂面漆、高温烘烤、反复喷涂、高温固化、烧结冷却、等待冷却、表面检查、性能检查、拆除保护、表面清洁、产品镀膜等工艺流程。
根据本发明的制备方法，优选地，所述陶瓷涂层的制备温度为200～1000℃(比如使用温度为200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃)。
根据本发明的制备方法，优选地，所述缝隙的宽度为1～10mm。
根据本发明的制备方法，优选地，基于所述热固性树脂基体，所述导热-润滑双功能微胶囊的质量占比为0.1％～50％，优选为10％～50％，更优选为20％～40％。
根据本发明的制备方法，优选地，基于所述热固性树脂基体，所述改性填料的质量占比为0.1％～50％，优选为1％～20％，更优选为4％～10％。
根据本发明的制备方法，优选地，基于所述热固性树脂基体，所述纳米金属粒子的质量占比为0.001％～5％，更优选为0.1％～5％，进一步优选为1％～4％。
根据本发明的制备方法，优选地，所述抽真空处理的真空度为-0.09MPa至-0.1MPa。
根据本发明的制备方法，优选地，所述固化处理的温度为40～300℃，更优选为80～220℃。
根据本发明的制备方法，优选地，采用溶剂挥发法合成所述导热-润滑双功能微胶囊。更优选地，所述导热-润滑双功能微胶囊的合成包括以下步骤：
将所述壳材和芯材加入溶剂中，当所述壳材溶剂形成稳定的体系后，将溶剂除去，所述壳材则包覆在芯材上，洗涤干燥后得到所述微胶囊。
该溶剂挥发法反应条件较为温和，溶剂还可以回收重复利用，减少资源浪费，且反应体系较为稳定。
根据本发明的制备方法，优选地，所述溶剂选自水、乙醇、丙酮等。
本发明再一方面提供一种包含上述关节轴承的设备，例如高端装备、长期服役装备、精密仪器、航空部件等。
附图说明
图1为本发明关节轴承的内圈表面的条纹织构和陶瓷涂层示意图。
图2为本发明所用导热-润滑双功能微胶囊的结构示意图。
图3为制备轴承内圈陶瓷涂层的流程图。
图4为实施例1、实施例3和对比例1中复合树脂材料摩擦系数图。
图5为玄武岩纤维分散在乙醇溶液中的形貌图。
图6为实施例2中所得关节轴承的扭矩测试图。
图7为实施例2中所得关节轴承的磨损率测试图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明对关节轴承的轴承内圈进行陶瓷化，同时在关节轴承的内外圈中的缝隙中填注导热-润滑双功能复合树脂作为润滑层，以增强其耐磨性、耐热性，从而提高服役寿命。
本发明所提供的关节轴承的内圈基体表面上涂覆有陶瓷涂层，且在内外圈的缝隙中填注有润滑层，所述润滑层为导热-润滑双功能复合树脂；所述导热-润滑双功能复合树脂包括热固性树脂基体、改性填料和导热-润滑双功能微胶囊；所述导热-润滑双功能微胶囊的芯材包括纳米金属粒子和润滑油，壳材为树脂。
由于内圈陶瓷涂层的引入，极大提高了关节轴承的耐磨性和使用寿命，同时由于陶瓷材料的耐高温性，能够提高关节轴承的使用温度，同时采用导热-润滑双功能复合树脂作为润滑层，提高润滑层的耐高温性能，使得关节轴承的高温工况得以实现。
本发明所提供的一种关节轴承的制备方法包括以下步骤：
在所述关节轴承的内圈基体上喷涂所述陶瓷涂层；
将所述内圈和外圈进行装配；
将所述热固性树脂基体、改性填料和导热-润滑双功能微胶囊混合，得到混合原料；将所述混合原料进行抽真空处理后，注入所述关节轴承的内外圈的缝隙中；之后对所述缝隙进行抽真空处理，并固化处理，形成所述润滑层。
在一优选方案中，所述关节轴承的制备方法包括以下步骤：
步骤1：通过激光在所述关节轴承的内圈基体上形成条纹织构，以增强陶瓷涂层和内圈基体的结合性；如图1所示。
所述条纹织构的宽度优选为2～10μm，更优选为3～6μm；所述条纹织构的深度优选为1～5μm，更优选为2～4μm。
步骤2：在所述关节轴承的内圈基体上喷涂所述陶瓷涂层。
具体可以通过电弧喷涂、等离子喷涂、超音速喷涂、亚音速喷涂或复合喷涂等方式喷涂所述陶瓷涂层。所述陶瓷涂层优选自但不限于氧化铝陶瓷涂层、氧化锆陶瓷涂层、氧化铬陶瓷涂层、碳化硅陶瓷涂层、KN17高分子陶瓷聚合物涂层或KN高温陶瓷涂层。所述陶瓷涂层的厚度优选为10～1000μm(比如涂层厚度为10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm)。
如图3所示，制备陶瓷涂层的流程优选包括：首先通过烘烤除油、保护处理、表面喷砂、清洁处理、产品预热、热喷底漆、底漆烘烤、热涂面漆、高温烘烤、反复喷涂、高温固化、烧结冷却、等待冷却、表面检查、性能检查、拆除保护、表面清洁、产品镀膜等工艺流程。所述陶瓷涂层的制备温度优选为200～1000℃(比如使用温度为200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃)。
步骤3：将所述关节轴承的内圈和外圈进行装配。
步骤4：将所述热固性树脂基体、改性填料和导热-润滑双功能微胶囊混合，得到混合原料；将所述混合原料进行抽真空处理后，注入所述关节轴承的内外圈的缝隙中；之后对所述缝隙进行抽真空处理，并固化处理，形成所述润滑层。
优选采用溶剂挥发法制备所述导热-润滑双功能微胶囊，先将壳材和芯材加入溶剂中，壳材要求溶解于溶剂当形成稳定的体系后，将溶剂除去，壁材则包覆在芯材上，洗涤干燥后得到微胶囊。该方法反应条件较为温和、溶剂还可以回收重复利用，减少资源浪费，且反应体系较为稳定。
根据本发明的实施例，所述热固性树脂基体选自环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯、聚酰亚胺中的至少一种。上述热固性树脂均可以采用本发明的制备方法制备出具有良好导热性且密实无空洞缺陷的复合树脂材料，由此可见，本发明的制备方法可以应用到大部分热固性树脂甚至热塑性树脂，具有较大的应用范围。
根据本发明的实施例，所述改性填料选自碳酸钙、粘土、高岭土、滑石粉、石棉、云母、炭黑、硫酸钙、亚硫酸钙、碳纤维、玻璃纤维、二氧化硅、石墨烯、碳纳米管、聚四氟乙烯纳米颗粒、石墨、二硫化钼、氮化硼、氧化锆中的至少一种。上述改性填料可以有助于提升树脂的强度、韧性和耐磨性。具体的，若改性填料选自滑石粉、石棉、云母、炭黑、硫酸钙、亚硫酸钙、金属粉、二硫化钼、氮化硼、氧化锆和聚四氟乙烯纳米颗粒中的至少一种时，可以很好的提升树脂的耐磨性，若改性填料选自碳酸钙、粘土、高岭土、碳纤维、玻璃纤维、二氧化硅、石墨烯和碳纳米管中的至少一种，可以同时很好的提升树脂的强度和韧性，进而提高树脂的性能和可靠性。
根据本发明的实施例，基于所述热固性树脂基体，按质量百分数计，所述导热-润滑双功能微胶囊的质量占比为0.1％～50％，优选为10％～50％，更优选为20％～40％。
根据本发明的实施例，基于所述热固性树脂基体，按质量百分数计，所述改性填料的质量占比为0.1％～50％，优选为1％～20％，更优选为4％～10％。由此，本领域技术人员可以根据对树脂强度与韧性的要求以及改性填料的具体材料等实际情况灵活设置改性填料的质量占比，只要保证树脂的良好的使用性能即可。例如在以下一些实施例中，所述改性填料的质量占比为4.5％、9％。
根据本发明的实施例，微胶囊中的所述纳米金属粒子选自纳米银粉、纳米铜粉、纳米钼粉、纳米铝粉、纳米铁粉、纳米钴粉、纳米镍粉中的至少一种。添加的金属纳米颗粒可以有效提升树脂的导热性能。更优选地，所述纳米金属粒子选自纳米铁粉、纳米钴粉、纳米镍粉等具有电磁特性的纳米金属粒子中的至少一种；由于此些纳米金属粒子还具有电磁特性，因此可进一步通过电磁场的方式，定向调控微胶囊在复合材料中的位置，提升高温局部区域的散热速率。
根据本发明的实施例，基于所述热固性树脂基体，按质量百分数计，所述纳米金属粒子的质量占比为0.001％～5％，更优选为0.1％～5％，进一步优选为1％～4％。
根据本发明的实施例，搅拌的速率为10～500r/min，例如10r/min、50r/min、100r/min、150r/min、200r/min、250r/min、300r/min、350r/min、400r/min、450r/min、500r/min等。由此，在上述搅拌速率条件下，可以快速的将热固性树脂基体与改性填料混合均匀。在一些实施例中，混合原料中还可以进一步的包括引发剂和固化剂中的至少一种。如此，有利于进一步改善树脂的性能；引发剂和固化剂具体根据不同的热固性树脂基体选择；在混合原料中，引发剂和固化剂的质量占比均为0.1％～2％。
将混合原料进行抽真空处理，可以去除混合原料中的气体以及水分子，让各原料混合更加充分。所述抽真空处理的真空度优选为-0.09MPa至-0.1MPa。由此，可以最大程度的去除混合原料中的气体以及水分子。
所述缝隙的宽度优选为1～10mm。所述固化处理的温度优选为40～300℃，例如固化温度为40℃、60℃、80℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、300℃等。在一些实施例中，固化温度可以为80～220℃。由此，在上述温度范围内可以快速有效的得到固化的树脂。
由以上步骤4制备得到的复合树脂包括热固性树脂基体、改性填料和导热-润滑双功能微胶囊；所述导热-润滑双功能微胶囊如图2所示，为壳核结构，内核的芯材包括纳米金属粒子和润滑油，还可以进一步包括纤维、润滑颗粒等；外壳的壳材为树脂。所述复合树脂结构密实且无裂纹孔洞等缺陷，并且在不影响树脂的力学性能和摩擦学性能的前提下，导热性能大幅度提高。还可以进一步优选纳米铁粉、纳米钴粉、纳米镍粉等具有电磁特性的纳米金属粒子，实现通过电磁场的方式定向调控微胶囊在复合材料中的位置，提升高温局部区域的散热速率。
以下进一步提供具体实施例举例说明本发明技术方案：
实施例1
本实施例制备一种关节轴承，包括以下步骤：
1)通过激光的方式，在轴承内圈外表面形成条纹织构，宽度为4μm，深度为2μm。
2)通过电弧喷涂和等离子喷涂将h-BN陶瓷涂层喷涂到轴承内圈钢基体上。
3)制备导热-润滑双功能微胶囊(含1g Ag纳米颗粒、3g PTFE纳米颗粒)：
采用电子天平称取1g Ag纳米颗粒、3g PTFE纳米颗粒(润滑颗粒)、2g润滑油PAO6和4g 901不饱和聚酯树脂单体混合作为分散相(即油相)待用；
将0.5g表面活性剂SDS分散于90mL去离子水中作为连续相(即水相)，待其完全溶解后待用；
将上述两种溶液滴加进三口烧瓶内保持磁力搅拌，80℃反应4小时形成均匀溶液。反应结束后用去离子水过滤洗涤，随后冷冻干燥48小时获得胶囊粉末。
4)在250mL烧杯中加入100g 901不饱和聚酯树脂、2.5g碳纤维、2g二氧化硅，加入1g固化剂过氧化甲乙酮、0.5g催化剂硬脂酸钴、20g微胶囊(含2g Ag纳米颗粒、6g PTFE纳米颗粒)，搅拌均匀，得到混合原料；
5)将所述混合原料进行抽真空处理，得到预处理的原料混合物；将所述预处理的原料混合物注入轴承内外圈的缝隙中；其中，通过抽真空处理后的真空度为-0.99MPa；对填满所述预处理原料混合物的所述缝隙进行抽真空处理，并固化处理形成润滑层，固化温度为100℃，记作复合树脂样品1，对复合树脂样品进行导热性能测试，结果如表2所示。
最终形成轴承内圈为钢材基体带有h-BN陶瓷涂层，润滑层为复合树脂的关节轴承。
实施例2
本实施例制备一种关节轴承，包括以下步骤：
1)通过激光的方式，在轴承内圈外表面形成条纹织构，宽度为4μm，深度为2μm。
2)通过电弧喷涂和亚音速喷涂将ZrO2陶瓷涂层喷涂到轴承内圈钢基体上。
3)制备导热-润滑双功能微胶囊(含1g Cu纳米颗粒、3g PTFE纳米颗粒)：
参照实施例1中微胶囊的制备过程，替换其中的Ag纳米颗粒为Cu纳米颗粒。
4)在250mL烧杯中加入100g 901不饱和聚酯树脂、2.5g碳纤维、2g二氧化硅，加入1g固化剂，0.5g催化剂，10g微胶囊(含2g Cu纳米颗粒、6g PTFE纳米颗粒)，搅拌均匀，得到混合原料；将所述混合原料进行抽真空处理，得到预处理的原料混合物；将所述预处理原料混合物注入轴承内外圈的缝隙中；其中，通过抽真空处理后的真空度为-0.99MPa；对填满所述预处理原料混合物的所述缝隙进行抽真空处理，并固化处理形成润滑层，固化温度为100℃，记作复合树脂样品2，对复合树脂样品进行导热性能测试，结果如表2所示。
最终形成轴承内圈为钢材基体带有ZrO2陶瓷涂层，润滑层为复合树脂的关节轴承。
图6和图7为本实施例中关节轴承的测试情况，测试的前20000s由于陶瓷涂层的作用，扭矩明显降低，表面的摩擦系数明显下降。测试的前20000s，扭矩明显下降，且到测试20000s时，磨损率下降0.1。
实施例3
本实施例制备一种关节轴承，包括以下步骤：
1)通过激光的方式，在轴承内圈外表面形成条纹织构，宽度为4μm，深度为2μm。
2)通过电弧喷涂和等离子喷涂将Al2O3陶瓷涂层喷涂到轴承内圈钢基体上。
3)制备导热-润滑双功能微胶囊(含1g Mo纳米颗粒、3g PTFE纳米颗粒)：
参照实施例1中微胶囊的制备过程，替换其中的Ag纳米颗粒为Mo纳米颗粒。
4)在250mL烧杯中加入50g 901不饱和聚酯树脂、2.5g碳纤维、2g二氧化硅，加入1g固化剂，0.5g催化剂，10g微胶囊(含2g Mo纳米颗粒、6g PTFE纳米颗粒)，搅拌均匀，得到混合原料；将所述混合原料进行抽真空处理，得到预处理的原料混合物；
5)将所述预处理原料混合物注入轴承内外圈的缝隙中；其中，通过抽真空处理后的真空度为-0.99MPa；对填满所述预处理原料混合物的所述缝隙进行抽真空处理，并固化处理形成润滑层，固化温度为100℃，记作复合树脂样品3，对复合树脂样品进行导热性能测试，结果如表2所示。
最终形成轴承内圈为钢材基体带有Al2O3陶瓷涂层，润滑层为复合树脂的关节轴承。
实施例4
本实施例制备一种关节轴承，包括以下步骤：
1)通过激光的方式，在轴承内圈外表面形成条纹织构，宽度为4μm，深度为2μm。
2)通过电弧喷涂和等离子喷涂将Si3N4陶瓷涂层喷涂到轴承内圈钢基体上。
3)制备导热-润滑双功能微胶囊(含1g Fe纳米颗粒、3g PTFE纳米颗粒)：
参照实施例1中微胶囊的制备过程，替换其中的Ag纳米颗粒为Fe纳米颗粒。
4)在250mL烧杯中加入50g 901不饱和聚酯树脂、2.5g碳纤维、2g二氧化硅，加入1g固化剂，0.5g催化剂，10g微胶囊(含2g Fe纳米颗粒、6g PTFE纳米颗粒)，搅拌均匀，得到混合原料；
5)将所述混合原料进行抽真空处理，得到预处理的原料混合物；将所述预处理原料混合物注入轴承内外圈的缝隙中；其中，通过抽真空处理后的真空度为-0.99MPa；对填满所述预处理原料混合物的所述缝隙进行抽真空处理，并固化处理形成润滑层，固化温度为100℃，记作复合树脂样品4，对复合树脂样品进行导热性能测试，结果如表2所示。
最终形成轴承内圈为钢材基体带有Si3N4陶瓷涂层，润滑层为复合树脂的关节轴承。
对比例1
在250mL烧杯中加入50g 901不饱和聚酯树脂、2.5g碳纤维、6g PTFE纳米颗粒、2g二氧化硅，加入1g固化剂，0.5g催化剂，不添加微胶囊，搅拌均匀，得到混合原料；将所述混合原料进行抽真空处理，得到预处理的原料混合物；将所述预处理原料混合物浇灌至成型空间内，并填满所述缝隙；其中，通过抽真空处理后的真空度为-0.99MPa；对填满所述预处理原料混合物的所述缝隙进行抽真空处理，并固化处理，固化温度为100℃，记作复合树脂对比样1，对复合树脂样品进行导热性能测试，结果如表2所示。
轴承内圈不做任何处理，即特质钢材。
表1为各实施例和对比例中所使用的各原料及其比例，表2为实施例和对比例所得复合树脂材料的导热系数。
表1实施例中复合树脂材料实际配比
表2实施例和对比例中复合树脂材料的导热系数
| 导热系数W/(m·K) | |
| 实施例1 | 2.346 |
| 实施例2 | 2.105 |
| 实施例3 | 1.965 |
| 实施例4 | 2.431 |
| 对比例1 | 0.763 |
表2中导热系数的测定，采用导热系数测定仪，结果表明实施例添加微胶囊的复合树脂的导热系数明显优于未添加的对比例。
图4为实施例1、实施例3和对比例1中复合树脂材料摩擦系数图。摩擦系数的测定采用PLINT摩擦磨损试验机，图4表明添加金属颗粒后，摩擦系数没有明显的升高，而表2中导热系数等明显升高，证明导热性能增强，并没有影响其他的性能。
实施例5
本实施例与实施例4相比，不同之处在于，在制备微胶囊时，在分散相(即油相)中还加入了2g玄武岩纤维进一步增加强度。
将玄武岩纤维分散在乙醇溶液中，其形貌如图5所示，其形貌显示交联在一起的细小纤维状，其中夹杂着各种矿物颗粒。
添加玄武岩纤维后所获得的复合树脂的导热系数为2.425W/(m·K)，摩擦系数为0.07～0.11。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (18)
1.一种关节轴承，包括内圈和外圈，所述内圈安装在外圈的内部；其特征在于，所述内圈包括内圈基体和陶瓷涂层，所述内圈基体朝向所述外圈的表面上涂覆有所述陶瓷涂层；
在所述关节轴承的内外圈的缝隙中填注有润滑层，所述润滑层为导热-润滑双功能复合树脂；
所述导热-润滑双功能复合树脂包括热固性树脂基体、0.1％～50％的改性填料和0.1％～50％的导热-润滑双功能微胶囊，以所述热固性树脂基体的质量为100％计；
所述导热-润滑双功能微胶囊的芯材包括纳米金属粒子和润滑油，壳材为树脂；
在所述导热-润滑双功能微胶囊中，所述纳米金属粒子的质量占比为1％～10％，所述润滑油的质量占比为10％～20％，其余为树脂壳材。
2.根据权利要求1所述的关节轴承，其特征在于，所述内圈基体的表面上形成有条纹织构。
3.根据权利要求1所述的关节轴承，其特征在于，所述陶瓷涂层选自氧化铝陶瓷涂层、氧化锆陶瓷涂层、氧化铬陶瓷涂层、碳化硅陶瓷涂层、KN17高分子陶瓷聚合物涂层或KN高温陶瓷涂层。
4.根据权利要求1所述的关节轴承，其特征在于，在所述导热-润滑双功能复合树脂中，以所述热固性树脂基体的质量为100％计，所述纳米金属粒子的质量占比为0.001％～5％。
5.根据权利要求1所述的关节轴承，其特征在于，所述导热-润滑双功能微胶囊的芯材还包括润滑颗粒；
在所述导热-润滑双功能微胶囊中，所述润滑颗粒的质量占比为10％～30％。
6.根据权利要求1或5所述的关节轴承，其特征在于，所述导热-润滑双功能微胶囊的芯材还包括纤维；
在所述导热-润滑双功能微胶囊中，所述纤维的质量占比为10％～20％。
7.根据权利要求1所述的关节轴承，其特征在于，所述壳材采用环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯和聚酰亚胺中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的关节轴承，其特征在于，所述纳米金属粒子选自纳米银粉、纳米铜粉、纳米钼粉、纳米铝粉、纳米铁粉、纳米钴粉、纳米镍粉中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的关节轴承，其特征在于，所述纳米金属粒子选自纳米铁粉、纳米钴粉、纳米镍粉中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的关节轴承，其特征在于，在所述润滑层中，所述纳米金属粒子分布于其中的一部分。
11.根据权利要求1所述的关节轴承，其特征在于，所述润滑颗粒选自石墨烯、碳纳米管、聚四氟乙烯纳米颗粒、石墨、二硫化钼中的至少一种。
12.根据权利要求6所述的关节轴承，其特征在于，所述纤维选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的至少一种。
13.根据权利要求1所述的关节轴承，其特征在于，所述热固性树脂基体选自环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯、聚酰亚胺中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的关节轴承，其特征在于，所述改性填料选自碳酸钙、粘土、高岭土、滑石粉、石棉、云母、炭黑、硫酸钙、亚硫酸钙、碳纤维、玻璃纤维、二氧化硅、石墨烯、碳纳米管、聚四氟乙烯纳米颗粒、石墨、二硫化钼、氮化硼、氧化锆中的至少一种。
15.一种权利要求1-14任一项所述关节轴承的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
在所述关节轴承的内圈基体上喷涂所述陶瓷涂层；
将所述内圈和外圈进行装配；
将所述热固性树脂基体、改性填料和导热-润滑双功能微胶囊混合，得到混合原料；将所述混合原料进行抽真空处理后，注入所述关节轴承的内外圈的缝隙中；之后对所述缝隙进行抽真空处理，并固化处理，形成所述润滑层。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，通过激光在所述关节轴承的内圈基体上形成条纹织构，之后再喷涂所述陶瓷涂层。
17.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，通过电弧喷涂、等离子喷涂、超音速喷涂、亚音速喷涂或复合喷涂的方式喷涂所述陶瓷涂层。
18.一种包含权利要求1-14任一项所述关节轴承的设备。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118146850A (zh) * | 2024-03-01 | 2024-06-07 | 优尼克(营口)石油化工有限公司 | 硼钼微胶囊润滑油添加剂及其制备与应用 |
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2023
- 2023-09-01 CN CN202311122583.0A patent/CN116972072A/zh active Pending
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