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一种全工况高耐磨滑动轴承及其制备方法技术

技术编号:19164440 阅读:41 留言:0更新日期:2018-10-13 14:02
本发明专利技术公开了一种全工况高耐磨滑动轴承及其制备方法,轴承主体的滑动面由PTFE基复合材料与双相不锈钢配合构成,PTFE基复合材料按照重量百分数包括:3‑20wt%的微米级硬质陶瓷粒子、3‑20wt%的短碳纤维,余量是聚四氟乙烯;制备方法为称取微米级硬质陶瓷粒子、短碳纤维和PTFE粉末进行机械搅拌;搅拌后的混合物均匀铺入模具中,在室温下进行冷压成型获得预制件;将预制件放入马弗炉中进行烧结;将所得PTFE基复合材料加工并与双相不锈钢配合构成轴承主体的滑动面,最终得到的全工况高耐磨滑动轴承具有极高的减振降噪性能,极强的耐磨性,极强的耐腐蚀性,较低的摩擦系数并且强度良好。

【技术实现步骤摘要】
一种全工况高耐磨滑动轴承及其制备方法
本专利技术涉及轴承材料
,具体的说,是涉及一种全工况高耐磨滑动轴承及其制备方法。
技术介绍
聚四氟乙烯作为轴承材料基体,具有优异的耐化学腐蚀性能,相对较低的摩擦系数,但是其耐磨性相对较差,机械性能、耐蠕变性能较差,特别是抗磨损性能差、表面能低和粘结性差等因素致使单纯的聚四氟乙烯材料不利于制成耐磨的轴承件,这些缺陷在一定程度上限制了该材料的广泛应用,因此,深入研究PTFE的性质,开发新型的PTFE基复合材料已成为轴承材料的主要研究和发展方向。为了能够充分利用聚四氟乙烯的良好性能,发挥其耐腐蚀的性质,选择以硬质陶瓷粒子或者短碳纤维进行填充,以便于使得聚四氟乙烯具备填充物的特有性质,弥补聚四氟乙烯本身较差的机械性、耐磨性、耐蠕变性以及抗磨损性能。硬质陶瓷粒子包括碳化硅、氮化硅、二氧化硅、氧化铝、氮化硼等,硬质陶瓷粒子具有良好的耐磨性、润滑性以及其他机械性能。碳化硅制成的高硬度材料具有耐热震、体积小、质量轻而强度高等优点,碳化硅的化学性能很稳定耐磨性好,硬度很大,具有优良的导热性能,是一种半导体,高温时可以抗氧化。氮化硅是一种超硬材料,本身具有润滑性,并且耐磨损,为原子晶体;高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击,在空气中加热到1000℃以上,急剧冷却再急剧加热,也不会碎裂,具有较高的机械强度。二氧化硅化学性质比较稳定,不溶于水也不跟水反应,不与一般的酸发生反应,氧化硅的性质不活泼,它不与除氟、氟化氢以外的卤素、卤化氢以及硫酸、硝酸、高氯酸作用。在橡胶中添加二氧化硅,可提高橡胶的耐磨度,可降低轮胎滚动阻力的同时可改善轮胎的耐磨性和抗湿滑性,使用二氧化硅的胶料拉伸强度、撕裂强度、耐磨性等均有提高。氧化铝陶瓷是一种以Al2O3为主要原料,以刚玉为主晶相的陶瓷材料,因其具有机械强度高,硬度大,高频介电损耗小,高温绝缘电阻高,耐化学腐蚀性和导热性良好等优良综合技术性能等优势。氮化硼热稳定性和耐磨性好,同时化学稳定性很强,因此也是陶瓷材料的主要原料之一。单一填充陶瓷粒子的PTFE基复合材料轴承,虽然附加了陶瓷粒子的耐磨性,同时提升了轴承的硬度,使得轴承具备了硬质陶瓷粒子的润滑性,提升了机械强度,但是单一填充硬质陶瓷粒子使得所得轴承的硬脆性提高,使得所得轴承不便于工作有冲击的环境下。短碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料,也可以作为聚四氟乙烯复合材料的填充物的一种,其比重小,沿纤维轴方向表现出很高的强度,碳纤维还具有良好的耐低温性能,如在液氮温度下也不脆化,作为恶劣工况的轴承材料则体现出了其优越性。另外,短碳纤维质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性,密度低、比性能高,无蠕变,非氧化环境下耐超高温,耐疲劳性好,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小且具有各向异性,耐腐蚀性好,X射线透过性好。单一填充短碳纤维时,所得PTFE基复合材料轴承具备短碳纤维的耐低温性,短碳纤维即使在液氮环境下也不会脆化,这一点弥补了硬质陶瓷粒子的不足,作为恶劣工况的轴承则体现出了其优越性,但是却缺少硬质陶瓷粒子的耐磨性、润滑性等优越性能。
技术实现思路
本专利技术为解决轴承耐磨性,减振降噪以及强度等多方面的问题,克服单一填充PTFE所制得轴承耐磨损性差,硬度低,耐蠕变性和导热性能差的特点,将特定配比的微米级硬质陶瓷粒子和短碳纤维填充在耐腐蚀性极强的PTFE材料中,并根据PTFE材料的成型特点,选用压制、烧结的方式将其与填充的微米级硬质陶瓷粒子和短碳纤维结合,后加工为高耐磨滑动轴承;这种利用硬质陶瓷粒子与短碳纤维特定配比填充PTFE基制得的新型滑动轴承,同时具备了硬质陶瓷粒子的高硬度、耐磨性以及润滑性和短碳纤维的比重小的特点和耐低温性能,提升了滑动轴承的综合性能,有效地降低了摩擦系数和磨损率,提高了轴承强度,延长了轴承的使用寿命。为了解决上述技术问题,本专利技术通过以下的技术方案予以实现:一种全工况高耐磨滑动轴承,包括轴承主体,所述轴承主体的滑动面由PTFE基复合材料与双相不锈钢配合构成,所述PTFE基复合材料按照重量百分数由以下原料制成:3-20wt%的微米级硬质陶瓷粒子、3-20wt%的短碳纤维,余量为聚四氟乙烯;所述微米级硬质陶瓷粒子粒径区间为0.1-5微米,所述短碳纤维过400目筛;所述聚四氟乙烯采用平均粒径为10-30微米的PTFE粉末。优选地,所述微米级硬质陶瓷粒子为微米级碳化硅粒子、微米级氮化硅粒子、微米级二氧化硅粒子、微米级氮化硼粒子或微米级氧化铝粒子。优选地,所述微米级硬质陶瓷粒子的重量百分数为5wt%,所述短碳纤维的重量百分数为15wt%。一种所述全工况高耐磨滑动轴承的制备方法,该方法按照如下步骤进行:(1)按重量百分数称取所述微米级硬质陶瓷粒子、所述短碳纤维和所述PTFE粉末,混合后进行机械搅拌;(2)将步骤(1)搅拌后的混合物均匀铺入模具中,在室温下进行冷压成型获得预制件;(3)将预制件放入马弗炉中进行烧结,得到所述PTFE基复合材料;(4)当滑动轴承为径向轴承时,将所得PTFE基复合材料加工成所需的轴瓦,并与双相不锈钢配合构成轴承主体的滑动面;当滑动轴承为止推轴承时,将所得PTFE基复合材料加工成所需的止推盘,并与双相不锈钢配合构成轴承主体的滑动面。优选地,步骤(1)中的所述微米级硬质陶瓷粒子为微米级碳化硅粒子、微米级氮化硅粒子、微米级二氧化硅粒子、微米级氮化硼粒子或微米级氧化铝粒子。优选地,步骤(1)中的所述微米级硬质陶瓷粒子的重量百分数为5wt%,所述短碳纤维的重量百分数为15wt%。优选地,步骤(2)中冷压成型的压力为25±5Mpa,保压时间为40±10min,保压温度为室温。优选地,步骤(3)中所述烧结程序为:自30℃升温至327℃,升温速率为100℃/h;在327℃保温30min;自327℃升温至380℃,升温速率为60℃/h;在380℃保温1h;自380℃降温至327℃,升温速率为60℃/h;在327℃保温30min;自327℃降温至150℃,降温速率为100℃/h;到达150℃后空冷至室温。本专利技术的有益效果是:本专利技术制备得到的全工况高耐磨滑动轴承充分利用了硬质陶瓷粒子的良好硬度性能,以硬质陶瓷粒子在对磨面磨屑中的支撑作用,在所形成致密的转移膜中起到润滑效果,同时,条状短碳纤维在聚四氟乙烯的包裹下将整个复合材料的微观结构紧密联系在一起,使得基体更加稳定,有利于滞留硬质陶瓷粒子或限制硬质陶瓷粒子的移动。短碳纤维有碳材料的固有本征特性,本身具有良好的润滑效果,但是其耐冲击性差,所以在摩擦过程中的磨损很大,而硬质陶瓷粒子在其中恰恰提高了整个聚合物的强度,减小对聚四氟乙烯中起重要粘接作用的短碳纤维的磨损速度。短碳纤维与硬质陶瓷粒子协同作用的效果受配比因素影响很大,当硬质陶瓷粒子所占重量比例过大时,聚合物硬脆性明显提高,整体结构的强度明显下降;当短碳纤维所占比重过大时,整体的耐磨性会严重下降。而实验发现:本专利技术所给出配比,即3-20wt%的微米级硬质陶瓷粒子与3-20wt%的短碳纤维配比填充聚四氟乙烯所得到的PTFE基复合材料协同作用效果更加显著,性能更优。另外,微米级硬质陶瓷粒子的粒径在整个PTFE基复合材料的制备过程中本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种全工况高耐磨滑动轴承,包括轴承主体,其特征在于,所述轴承主体的滑动面由PTFE基复合材料与双相不锈钢配合构成,所述PTFE基复合材料按照重量百分数由以下原料制成:3‑20wt%的微米级硬质陶瓷粒子、3‑20wt%的短碳纤维,余量为聚四氟乙烯;所述微米级硬质陶瓷粒子粒径区间为0.1‑5微米,所述短碳纤维过400目筛;所述聚四氟乙烯采用平均粒径为10‑30微米的PTFE粉末。

【技术特征摘要】
1.一种全工况高耐磨滑动轴承,包括轴承主体,其特征在于,所述轴承主体的滑动面由PTFE基复合材料与双相不锈钢配合构成,所述PTFE基复合材料按照重量百分数由以下原料制成:3-20wt%的微米级硬质陶瓷粒子、3-20wt%的短碳纤维,余量为聚四氟乙烯;所述微米级硬质陶瓷粒子粒径区间为0.1-5微米,所述短碳纤维过400目筛;所述聚四氟乙烯采用平均粒径为10-30微米的PTFE粉末。2.根据权利要求1所述的一种全工况高耐磨滑动轴承,其特征在于,所述微米级硬质陶瓷粒子为微米级碳化硅粒子、微米级氮化硅粒子、微米级二氧化硅粒子、微米级氮化硼粒子或微米级氧化铝粒子。3.根据权利要求1所述的一种全工况高耐磨滑动轴承,其特征在于,所述微米级硬质陶瓷粒子的重量百分数为5wt%,所述短碳纤维的重量百分数为15wt%。4.一种如权利要求1所述全工况高耐磨滑动轴承的制备方法,其特征在于,该方法按照如下步骤进行:(1)按重量百分数称取所述微米级硬质陶瓷粒子、所述短碳纤维和所述PTFE粉末,混合后进行机械搅拌;(2)将步骤(1)搅拌后的混合物均匀铺入模具中,在室温下进行冷压成型获得预制件;(3)将预制件放入马弗炉中进行烧结,得到所述PTFE基复合材料;(4)当滑动轴承为径向轴承时,将所得PTFE基复合材...

【专利技术属性】
技术研发人员:林彬王安颖闫帅魏驰彬王振扬
申请(专利权)人:天津大学
类型:发明
国别省市:天津,12

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