具有固体润滑表面的轴承及轴承部件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有固体润滑表面的轴承，包括在轴承摩擦面上作渗硫处理，使摩擦面上有与轴承基材化合而成的固体润滑表层，硫化物的密度自表面到心部逐渐降低，硫化物的层深至少为２０μｍ，一般为５０μｍ～１５０μｍ，由轴承的工作状态而定。硫化物颗粒控制在１μｍ以下，在基体内呈弥散分布。制得的轴承摩擦系数降低１／５～４／５，磨损量较小，特别是可用４５号钢来作轴承，成本低廉。（*该技术在1998年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种具有固体润滑表面的轴承及轴承部件，特别是关于表面进行渗硫处理的轴承及轴承部件。通常人们按制造材料的结构把滚动及滑动轴承(包括轴承部件)分为二大类，即整体结构和复合结构。整体结构的轴承及轴承部件(以下简称为轴承)系冶金结合组成统一的整体，如附图说明图1所示，轴承只由基体1组成，常见的这类轴承有GCr15钢做的滚动轴承及由铜合金、灰铸铁或铜基、铁基、铝基粉末冶金制的滑动轴承。滚动轴承通常也以低碳合金钢渗碳淬火制得，如图2所示，在基材的表层形成冶金结合的碳化物及马氏体2，碳的浓度从表面到心部逐渐降低。但上述结构的轴承的摩擦系数及磨损量较大，寿命较短，尤其是在重载及温度较高的场合下更为突出。复合结构类的轴承系金属及金属与化合物之间通过机械结合或混合而不借助冶金结合而制造的，包括以下几类(a)在轴承基材1表面采用电镀、沉积、溅射，形成元素或化合物层2，见图3，如镀金层及镀银层的真空轴承(《机械工程手册》5卷29篇)及TiC沉积层或M0S2溅射层的轴承(《固体润滑》1986年1期31－36，1988年1期23－27)。(b)现通用的轴瓦一般以钢为瓦背，如图4中的基体1所示，铜或铝或银为中间层4，最外面是轴承合金或铟镀层5。(c)基材与润滑剂的复合结构(图5)，如采用自润滑材料聚四氟乙烯6与铁元素基材相混合的复合结构(《润滑与密封》85年2期25－31)。上述的复合结构的滚动及滑动轴承多数其摩擦系数及磨损量也较大，寿命较短，而具有金银及TiC或M0S2层的轴承虽然摩擦系数小，但仅用于低载荷且工作温度不太高的环境下，成本昂贵，不能得到大量应用。因而，本技术的目的是提供一种新型的整体结构的滚动滑动轴承及轴承部件，(以下简称为轴承)，轴承表面为硫化物，摩擦系数小，可在重载无润滑油脂及较高温度下工作，成本低。为此本技术采用渗硫的方法使轴承的摩擦面上有与轴承基材化合而成的固体润滑硫化物表层，硫化物密度自表面到心部逐渐降低，含硫化物的层深至少为20μm，硫化物以颗粒形式弥散分布在基体内，颗粒大小控制在1μ以下。下面将结合附图，对本技术作详细的说明。这里的图1至5为先有技术中轴承表层的结构示意图，其中图1是整体结构示意图；图2是整体结构表面与心部之间碳化物及马氏体浓度分布的示意图；图3为二层结构机械结合式示意图；图4为三层结构机械结合式示意图；图5混合型结构示意图；图6为本技术中的整体结构的轴承表面硫化物分布示意图。图7为本技术的整体结构轴承最外面为Fe3O4的示意图。参见图6，其中1为基体，其表层布满了硫化物细小颗粒7，这些硫化长的颗粒直径应控制在1μ以下，实验表明，若硫化物在基体内以大块形式出现，则轴承机械性能下降。一般认为在基体内存在硫化物是有害的，其与基体结合的硫化物会影响机械性能，希望其含量越低越好，但专利技术人发现，若在基体表面渗硫，与之结合成小颗粒形式的硫化物，而基体心部仍保持较低的硫化物含量，这样既可使轴承的机械能基本不变，而其表面的耐磨性却大大提高了。试验表明，若硫化层厚度小于20μm时其固体润滑性能就差，一般硫化层厚度控制在50μm～150μm，由轴承工作状态决定。表面渗硫的方法有好几种，其中以辉光放电来进行渗硫的方法为佳，得到的产品令人满意。通常以钢铁材料制的轴承渗硫以后在硫化层表面进行氧化处理，使轴承表面有一层1～5μm厚的He3O4抗锈蚀的润滑层8，如图7所示。轴承表面具有硫化物以后形成了固体润滑表面，摩擦系数降低1／5～4／5，能承载大的载荷，且能在较高温度的环境下工作。以铁基材料的轴承为例，渗硫后表层生成极小颗粒的硫化亚铁，其溶点在1000℃以上，在600℃环境下也能正常工作。本技术的轴承可以由各种材料制成，应用较广。当轴承由铜镍、钼、钴、钛、铬、锌、铝及其它们的合金制成时，渗硫以后其表面生成不同的硫化物，以上各种合金包括粉末冶金制品。当轴承由钢、铁(包括粉末冶金制品)及钢、铁(包括粉末冶金制品)渗氮、渗碳、氮碳共渗、渗硼、渗硅材料制造时，生成铁的硫化物，主要是硫化亚铁。若轴承为钢铁(包括渗碳、渗氮、氮碳共渗、渗硼、渗硅)；铜及铜合金，铝及铝合金，钛及钛合金，铬及铬合金，镍及镍合金，钴及钴合金(钴基硬质合金)，钼及钼合金，锌及锌合金及以上合金的粉末冶金制品，并渗入不同于基体的金属或镀上不同于基体元素的金属，如铜、铬、铝、镍、钴、钨等，在这基础上再渗硫，此时轴承外表面具有硫与基体化合而形成的固体润滑表面，其上的硫化物形态与通常冶金出现的硫化物夹杂完全不同。本技术所指的轴承及轴承部件，包括去掉轴承而本身具有润滑表面的机械零件，以代替轴承或轴承部件。广义的轴承部件还包括机床导轨，丝杠，轴，这些部件均要求磨损量小，以保证足够的加工精度。下面是对一系列不同类型的轴承的测试结果。1.GCr15钢203向心球轴承在轴承内圈、外圈钢球或碳钢保持架的表面具有80μ～120μ的FeS层结构形式如图6，硫化物层厚度根据零件及使用状况不同而异，最外表面经氧化处理(可以省去)，使之具有1～5μFe3O4的防锈润滑层。在ZS／30试验机上，转速10，000转／分，径向载荷191kgf，20号机油润滑，平均寿命较没有润滑表面的普通轴承的设计寿命(100小时)高3.8倍。2.内外圈45，40CrA或65Mn钢，GCr15球203轴承；轴承内、外圈，球或碳钢保持架的表面结构形式如图6，并具有80～120μ的FeS硫化物层的厚度，最外表面经氧化处理(可以省去)，使之具有1～5μ的Fe3O4的防锈润滑层。经试验，当转速为10000转／分，径向载荷191kgf时，平均寿命超过未经渗硫处理的GCr15轴承的设计寿命。3.20钢，45钢液体润滑动压滑动轴承(45钢容易咬合，一般不能做轴承)这类钢做成的轴承表而具有80～120μ的FeS表面后，使用寿命是青铜轴承的1～5倍。一般在轴承的最外表面还具有1～3μFe3O4防锈润滑层。4.灰铁、球铁液体润滑动压轴承灰铁、球铁滑动轴承经渗硫处理后，其表面生成80～120μ的FeS表面，使用寿命是青铜轴承的1～8倍。通常轴承外表面还进行氧化处理，使之具有1～3μ结构形式如图7的Fe3O4防锈润滑层。5.铜合金液体润滑动压轴承铜合金轴承表面，结构形式如图6，具有60～120μ的FeS表面，使用寿命较普通铜合金轴承高1～3倍。6.GCr15钢干摩擦204向心球轴承轴承的内、外圈球及保持架的表面结构形式如图6具有120μ左右的FeS层，最外表面经氧化处理再具有1～2μ的Fe3O4防锈润滑层，干摩擦时使用寿命较普通没有润滑表面的球轴承高10～100倍。权利要求1.一种具有固体润滑表面的轴承及轴承部件，所说的轴承部件包括去掉轴承而本身具有轴承性能的固体润滑表面机械零件，其特征在于在轴承及轴承部件的摩擦面上有与轴承和轴承部件基材化合而成的固体润滑硫化物表层，硫化物的密度自表面至心部逐渐降低，所述的硫化物层深至少为20μm，硫化物颗粒控制在1μ以下，弥散分布在所说的基体内。2.根据权利要求1所说的具有固体润滑表面的轴承及轴承部件，其特征在于所述的硫化层深度在50～150μm范围。3.根据权利要求1所说的具有固体润滑表面的轴承及轴承部件，其特征在于所述的基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有固体润滑表面的轴承及轴承部件，所说的轴承部件包括去掉轴承而本身具有轴承性能的固体润滑表面机械零件，其特征在于：在轴承及轴承部件的摩擦面上有与轴承和轴承部件基材化合而成的固体润滑硫化物表层，硫化物的密度自表面至心部逐渐降低，所述的硫化物层深至少为２０μｍ，硫化物颗粒控制在１μ以下，弥散分布在所说的基体内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张弋飞，
申请(专利权)人：张弋飞，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]