CN217653081U - 一种适用于核电环境耐高温无油润滑轴承 - Google Patents
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Abstract
一种适用于核电环境耐高温无油润滑轴承，属于轴承制造技术领域，轴承外、内圈间有保持架，兜孔内有滚动体。保持架为两个半保持架对扣固定。滚动体为热等静压氮化硅陶瓷球。轴承外、内圈滚道均有DLC涂层。轴承外、内圈均为8Cr4Mo4V材料制成，两个半保持架均为PI聚酰亚胺制成。或者：高氮轴承钢替代8Cr4Mo4V材料，保持架均为耐高温不锈钢材料带有陶瓷层，通过采用更佳优良的8Cr4Mo4V采用真空热处理方式，配合深冷处理，达到其耐高温，可达到在无油润滑的高温气冷堆核电站中保持长寿命工作的目的。
Description
技术领域
本实用新型属于轴承制造技术领域，特别涉及一种适用于核电环境耐高温无油润滑轴承及其制造方法。
背景技术
第四代高温气冷堆核电站中的专用轴承要求轴承在高温(250℃)、氦气氛围及干摩擦无润滑的工况下使用，使用寿命60年，条件十分苛刻，国际上都没有先例。
常规GCr15轴承钢制造的轴承长期使用温度在170℃以下，无法承受超过200℃的高温，单采用耐高温的轴承钢，在氦气环境中接近绝对无润滑干摩擦的条件下工作会很快失效，完全无法保证60年的使用寿命。
现有技术的缺点：
1、目前采用轴承结构主要还是以滑动轴承为主，产品整体外形尺寸及接轴承钢套圈磨损严重，国产轴承寿命无法满足使用者需求。
2、常规轴承钢即使采用高温回火的方式也无法满足200℃以上的高温使用条件，GCr15轴承钢的硬度会由常规的HRC 62左右迅速降低，其耐冲击和耐磨损性能均大幅降低，轴承寿命急剧缩短，无法达到使用者要求。
3、金属浪型保持架容易断裂，致使轴承卡死失效：金属浪型保持架材料选择的是普通钢板，通过铆钉铆接的方式将其固定在轴承上，在高速条件使用过程中，经常发生断裂现象，轴承直接卡死失效。尼龙保持架材料制造的半保持架结构强度不够，若是加工成分半式普通扣合的轴承保持架，其精度很难保证。
4、对于轴承来讲，无润滑的工作条件会使得轴承迅速失效，其无润滑条件下寿命是有润滑条件寿命的千分之一甚至是万分之一。而第四代高温气冷堆中均有无润滑油或润滑脂要求。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供一种适用于核电环境耐高温无油润滑轴承，本实用新型的另一个目的是提供的其制造方法，是能够承受第四代高温气冷堆高温(250℃)、干摩擦无润滑及氦气氛围(氦气为分子量最小的惰性气体，其对轴承的润滑系数接近真空条件)工况下要求的轴承及其制造方法，使得拥有满足第四代高温气冷堆使用条件的性能与使用寿命的要求。
采用的技术方案是
一种适用于核电环境耐高温无油润滑轴承，包括轴承外圈和轴承内圈。
轴承外圈和轴承内圈之间设有保持架，保持架的多个兜孔内均设有滚动体。
技术要点在于：
保持架为第一半保持架和第二半保持架对扣固定形成。
滚动体为热等静压氮化硅陶瓷球。
轴承外圈滚道表面设有外DLC涂层。
轴承内圈滚道表面设有内DLC涂层。
轴承外圈和轴承内圈均为8Cr4Mo4V材料制成。
第一半保持架和第二半保持架均为PI聚酰亚胺制成。
或者：
轴承外圈和轴承内圈均为高氮轴承钢制成。
第一半保持架和第二半保持架均为耐高温不锈钢材料制成。
第一半保持架表面上设有第一陶瓷层，第二半保持架表面上设有第二陶瓷层。
第一半保持架和第二半保持架对应卡设形成防转结构。
并且文中还提供了其制造方法。
1、技术关键点：通过采用更佳优良的轴承零件材料，达到其耐高温，可在无油润滑的高温气冷堆核电站中保持长寿命工作的目的。
2、保护点：轴承材料选择方案，轴承滚道表面DLC处理工艺和轴承制造方案。
其优点在于：
本轴承能够承受第四代高温气冷堆高温(250℃)，是干摩擦无润滑及氦气氛围(氦气为分子量最小的惰性气体，其对轴承的润滑系数接近真空条件)工况下轴承及其制造方法，使得第四代高温气冷堆拥有满足使用条件的性能与使用寿命。
在本公司进行高温气冷堆核电站专用陶瓷轴承研发之前，世界上并无相应无润滑轴承产品，本轴承的研制成功为国际先例，最主要的是能够帮助我国核电产业的发展。
目前由我国掌控本高端核电轴承产品的制造方法及工艺，自主可控，不仅可省去大量外汇，还可创造极高的经济利益。
附图说明
图1为本轴承的剖视图。
图2为第一半保持架和第二半保持架的立体结构示意图。
图3为第一半保持架的结构示意图。
图4为第二半保持架的结构示意图。
轴承外圈1、轴承内圈2、保持架3、滚动体4、兜孔5、第一半保持架6、第二半保持架7、外DLC涂层8、内DLC涂层9、第一陶瓷层10、第二陶瓷层11、凸起12、凹槽13。
具体实施方式
实施例1
一种适用于核电环境耐高温无油润滑轴承，包括轴承外圈1和轴承内圈2。
轴承外圈1和轴承内圈2之间设有保持架3，保持架3的多个兜孔5内均设有滚动体4。
保持架3为第一半保持架6和第二半保持架7对扣固定。
轴承外圈1和轴承内圈2均为8Cr4Mo4V材料制成，常用牌号M50。8Cr4Mo4V为(8)Cr4Mo4V。
滚动体4为热等静压氮化硅(Si3N4)陶瓷球。
第一半保持架6和第二半保持架7均为PI聚酰亚胺制成。
轴承外圈滚道表面设有外DLC涂层8。
轴承内圈滚道表面设有内DLC涂层9。
进一步的，第一半保持架6圆周内平面有设有多个凸起12，第二半保持架7圆周内平面有设有对应的多个凹槽13。
凸起12和凹槽13对应卡设形成防转结构。
铆钉孔设置在凸起12和凹槽13位置，铆钉孔固定铆钉链接第一半保持架6和第二半保持架7，铆钉可采用不锈钢。
轴承保持架为PI聚酰亚胺制造的分半式扣合铆接防转结构。
8Cr4Mo4V、热等静压氮化硅Si3N4陶瓷、PI聚酰亚胺和DLC涂层均为已知材料。
其制造方法，包括下列步骤：
对轴承外圈1和轴承内圈2的8Cr4Mo4V(常用牌号M50)采用真空热处理方式，配合深冷处理。
使用气相沉积的方式在轴承外圈滚道表面和轴承内圈滚道表面分别设置DLC涂层8和内DLC涂层9(类金刚石涂层)。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：
轴承外圈1和轴承内圈2均选用北京钢铁研究总院研制的高氮轴承钢，其耐高温与耐磨性能也非常优良，可以满足使用者的条件，但寿命较(8)Cr4Mo4V轴承钢会有降低。高氮轴承钢经过热处理。
保持架3(第一半保持架6和第二半保持架7)的材料可以选择耐高温不锈钢材料，在第一半保持架6表面上设有第一陶瓷层10，第二半保持架7表面上设有第二陶瓷层11。
即在第一半保持架6和第二半保持架7上增加表面处理工艺(例如陶瓷喷涂)，但是成本会有提高。
设计方案原理如下：
8Cr4Mo4V(常用牌号M50)轴承钢除具有一般轴承钢的特性外，还具有优良的高温尺寸稳定性、高温硬度和耐高温疲劳性能，采用真空热处理方式，配合深冷处理，可长期在低于315℃的工作温度使用，硬度可保证达到HRC 62以上。8Cr4Mo4V轴承钢主要用作航空发动机轴承和其他耐高温轴承。
热等静压氮化硅Si3N4陶瓷球具有耐高温、高强度、高抗冲击变形、高耐磨、自润滑、耐腐蚀和绝电绝磁的良好性能，可在1000℃以下保持强度和硬度不变，是高温轴承首选球形滚动体。其密度为3.4g/cm3，几乎是轴承钢的1/3，旋转时离心力小，更适合高速运转。
PI聚酰亚胺是一种具有耐高温350℃、自润滑性良好、易加工和高机械强度等优异性能的特种工程塑料，具有高强度和高刚度，材料可保持40年不变性，寿命长，可制造加工成各种机械零部件。采用分半式扣合铆接防转的结构可以最大程度上保证保持架的结构强度以及精度。
DLC涂层是类金刚石涂层，通过气相沉积的方式使其在滚道表面形成一层黑色的具有低润滑系数的固体润滑层，DLC非常的耐磨、防滑并且具有低摩擦系数，可有效降低轴承工作时的磨损，使轴承获得更长的使用寿命，非常适用于高温和无油润滑的核电使用环境。
采用上述材料及工艺制造的P4级精密陶瓷球轴承，耐温性能可保证在315℃条件下长期工作，由于热等静压氮化硅陶瓷具备超强自润滑性，可承受高温气冷堆核电站中氦气氛围(氦气分子体积极小，可等同于为轴承工况提供完全无润滑条件)，试验测试其等效寿命60年。
1、材料选择：轴承外圈1和轴承内圈2材料选择(8)Cr4Mo4V(M50)轴承钢，滚动体4选择热等静压氮化硅(Si3N4)陶瓷球，保持架3选择聚酰亚胺(PI)。
2、轴承套圈制造技术：采用本精密轴承制造关键技术工艺。
3、轴承精度等级：P4级。
4、润滑方案：采用在轴承滚道表面使用气相沉积法增加DLC涂层(类金刚石粉末涂层)的处理方式，可降低滚道表面粗糙度，增加正常轴承寿命。
5、保持架3结构：采用聚酰亚胺工程塑料制造分半式扣合铆接防转的结构制成深沟球轴承保持架。
Claims (4)
1.一种适用于核电环境耐高温无油润滑轴承，包括轴承外圈(1)和轴承内圈(2)；
轴承外圈(1)和轴承内圈(2)之间设有保持架(3)，保持架(3)的多个兜孔(5)内均设有滚动体(4)；其特征在于：
保持架(3)为第一半保持架(6)和第二半保持架(7)对扣固定形成；
滚动体(4)为热等静压氮化硅陶瓷球；
轴承外圈滚道表面设有外DLC涂层(8)；
轴承内圈滚道表面设有内DLC涂层(9)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于核电环境耐高温无油润滑轴承，其特征在于：
轴承外圈(1)和轴承内圈(2)均为8Cr4Mo4V材料制成；
第一半保持架(6)和第二半保持架(7)均为PI聚酰亚胺制成。
3.根据权利要求1所述的一种适用于核电环境耐高温无油润滑轴承，其特征在于：
第一半保持架(6)圆周内平面有设有多个凸起(12)，第二半保持架(7)圆周内平面有设有对应的多个凹槽(13)；
铆钉固定连接第一半保持架(6)和第二半保持架(7)。
4.根据权利要求1所述的一种适用于核电环境耐高温无油润滑轴承，其特征在于：
轴承外圈(1)和轴承内圈(2)均为高氮轴承钢制成；
第一半保持架(6)和第二半保持架(7)均为耐高温不锈钢材料制成；
第一半保持架(6)表面上设有第一陶瓷层(10)，第二半保持架(7)表面上设有第二陶瓷层(11)。
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| CN202221110320.9U Active CN217653081U (zh) | 2022-05-10 | 2022-05-10 | 一种适用于核电环境耐高温无油润滑轴承 |
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2022
- 2022-05-10 CN CN202221110320.9U patent/CN217653081U/zh active Active
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