一种复合表面处理的铝基自润滑关节轴承及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种复合表面处理的铝基自润滑关节轴承及其制备方法，属于关节轴承技术领域。本发明专利技术的铝基自润滑关节轴承由外圈与内圈组成，外圈与内圈的基体材料均选用Al

【技术实现步骤摘要】
一种复合表面处理的铝基自润滑关节轴承及其制备方法


[0001]本专利技术涉及关节轴承
，具体涉及一种复合表面处理的铝基自润滑关节轴承及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于长期处于单向大载荷、频繁冲击、贫油润滑及宽温使用工况，对关节轴承的寿命、可靠性、抗磨及耐腐蚀性都有严格的要求。特别是随着航空、航天等工业技术的快速发展，高比强度的铝合金逐渐成为航空轴承的重要基材。铝合金密度低，能够满足航空航天装备的轻量化需求，但由于其本身硬度与耐磨性不佳，使得铝合金在航空航天领域的推广应用严重受限。
[0003]中国专利(CN110332232A)公开了一种自润滑关节轴承及其加工方法，根据衬垫型自润滑关节轴承的加工工艺、挤压成型稳定性等应用现状，将自润滑关节轴承用衬垫的粘结方式改进为分段粘结。但是，该专利并没有对关节轴承进行有效的表面处理，从而轴承耐磨性、可靠性及自润滑性能难以得到充分保证。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种复合表面处理的铝基自润滑关节轴承及其制备方法，对关节轴承进行有效的表面处理，提高轴承的耐磨性、可靠性及自润滑性。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]一种复合表面处理的铝基自润滑关节轴承，包括外圈和内圈，所述外圈内表面粘结有自润滑衬垫，所述内圈外表面依次经过激光织构化与超音速火焰喷涂耐磨复合表面处理，分别形成微凹坑和涂层；所述外圈和内圈的基体材料均选用超硬铝合金。
[0007]上述技术方案中，所述微凹坑的形貌特征参数为：凹坑直径为73～150μm，凹坑深度为13～42μm，织构面积占有率为15～50％。
[0008]上述技术方案中，所述涂层的相关参数为：采用的喷涂粉末类型为WC-CoCr粉或NiCrBSi粉，粉末粒度为0.5～3μm，粉末涂层厚度为140～165μm。
[0009]上述技术方案中，所述涂层内部填充有润滑剂。
[0010]上述技术方案中，所述自润滑衬垫选用的材料为PTFE/芳纶复合编织材料或UHMWPE纤维编织材料。
[0011]上述技术方案中，所述激光织构化处理采用声光调Q二极管泵浦Nd：YAG纳秒激光器，选择氩气作为辅助气体；激光工艺的参数范围：功率为1.20～6.52W，单脉冲能量为0.750～4.075mJ，脉冲重复次数为3～11次，脉冲重复频率为1500～5000Hz，脉冲宽度为50～70ns。
[0012]上述技术方案中，所述超音速火焰喷涂耐磨采用超音速火焰喷涂设备，选择氮气作为送粉气体、丙烷作为主燃气体、氧气作为助燃气体；超音速火焰喷涂的工艺参数范围
为：送粉速度为0～150g/min，喷枪功率为100～150kW，火焰速度为2100～3000m/s，喷涂间距为190～230mm，送粉气压力为1.2～1.3MPa，主燃气体压力为0.6～0.7MPa，助燃气体压力为1.15～1.2MPa，助燃-主燃气体体积比值为4.4～5.2。
[0013]上述技术方案中，所述超硬铝合金为Al-Zn-Mg-Cu系或Al-Mg-Si系超硬铝合金，所述超硬铝合金在室温下的拉伸强度为500～600MPa，屈服强度为400～520MP，延伸率为11％～13％。
[0014]一种铝基自润滑关节轴承的制备方法，具体为：
[0015]制备内、外圈坯料，对内外圈的接触面进行清洁预处理；将自润滑衬垫粘结于外圈坯料内表面备用；
[0016]对内圈外表面进行激光加工，在外表面制备圆形微凹坑阵列，再对内圈进行清洗和预热处理；
[0017]随后进行超音速火焰喷涂处理，使内圈外表面完全覆盖涂层，并对涂层表面进行抛光及去残渣处理；
[0018]对内圈涂层表面填压补充润滑剂；
[0019]基于模压法完成轴承内、外圈合装。
[0020]进一步，还包括轴承外圈两端面精切修形至图纸设计要求。
[0021]本专利技术的有益效果为：
[0022](1)本专利技术的内圈外表面先后采用激光织构化与超音速火焰喷涂工艺，两种特种加工工艺能够充分保证内圈外表面的加工质量与效率，同时克服铝合金基材表面耐磨性不足的缺点，有效提高关节轴承配副表面的硬度与耐磨性，延长了关节轴承的使用寿命；
[0023](2)本专利技术的内圈外表面预先进行的表面微织构化工艺，能够增大涂层与基材表面接触面积，从而有效提高涂层与基材的结合强度，提高产品的可靠性；
[0024](3)本专利技术的超音速火焰喷涂工艺，在加工时使基体表面受热温度较低，基体变形小，保证了基体的尺寸及形状精度；
[0025](4)本专利技术所选用的喷涂粉末粒度均匀，分散范围小，能够用于制备高质量的耐磨耐腐蚀涂层；
[0026](5)本专利技术利用涂层内部充分的微细孔隙，能实现润滑剂(润滑油/脂、固体润滑剂)的可靠储存与补充，从而保证关节轴承自润滑、免维护使用性能要求；
[0027](6)本专利技术轴承采用超硬铝合金材料，保证了航空航天等领域轴承产品的轻量化设计要求。
附图说明
[0028]图1为本专利技术所述复合表面处理的铝基自润滑关节轴承结构示意图，图1(a)为本专利技术所述复合表面处理的铝基自润滑关节轴承结构图，图1(b)为本专利技术所述复合表面处理的铝基自润滑关节轴承结构局部放大图；
[0029]图2为本专利技术所述经激光织构化加工后的内圈三维图；
[0030]图3为本专利技术所述激光织构化工艺示意图；
[0031]图4为本专利技术所述超音速火焰喷涂工艺示意图；
[0032]图5为本专利技术所述内外圈装配示意图，图5(a)为本专利技术所述内外圈装配过程示意
图，图5(b)为本专利技术所述内外圈装配完成示意图。
[0033]图中：
[0034]1-外圈，2-内圈，3-自润滑衬垫，4-涂层，5-微凹坑；
[0035]6-激光加工系统，601-声光调二极管泵浦Nd：YAG纳秒激光器，602-激光束，603-光路传导平台，604-Z向导轨，605-弯头，606-喷嘴，607-辅助气体罐；
[0036]7-加工位，701-固定芯轴，702-转轴，703-Y向导轨；
[0037]8-超音速火焰喷涂设备，801-纵向导轨，802-喷枪，803-助燃气体罐，804-主燃气体罐，805-送粉气体罐，806-焰流；
[0038]901-上凹模，902-底座。
具体实施方式
[0039]下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0040]如图1(a)所示，一种复合表面处理的铝基自润滑关节轴承由外圈1与内圈2组成，工作时外圈1内表面与内圈2外表面接触；外圈1内表面粘结有自润滑衬垫3，内圈2外表面依次经过激光织构化与超音速火焰喷涂耐磨复合表面处理；经激光织构化处理后，内圈2表面微形貌表现为由若干圆形微凹坑5组成的矩形阵列(图2所示)，微凹坑5的形貌特征参数为：凹坑直径为73本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合表面处理的铝基自润滑关节轴承，其特征在于，包括外圈(1)和内圈(2)，所述外圈(1)内表面粘结有自润滑衬垫(3)，所述内圈(2)外表面依次经过激光织构化与超音速火焰喷涂耐磨复合表面处理，分别形成微凹坑(5)和涂层(4)；所述外圈(1)和内圈(2)的基体材料均选用超硬铝合金。2.根据权利要求1所述的铝基自润滑关节轴承，其特征在于，所述微凹坑(5)的形貌特征参数为：凹坑直径为73～150μm，凹坑深度为13～42μm，织构面积占有率为15～50％。3.根据权利要求1所述的铝基自润滑关节轴承，其特征在于，所述涂层(4)的相关参数为：采用的喷涂粉末类型为WC-CoCr粉或NiCrBSi粉，粉末粒度为0.5～3μm，粉末涂层厚度为140～165μm。4.根据权利要求1所述的铝基自润滑关节轴承，其特征在于，所述涂层(4)内部填充有润滑剂。5.根据权利要求1所述的铝基自润滑关节轴承，其特征在于，所述自润滑衬垫(3)选用的材料为PTFE/芳纶复合编织材料或UHMWPE纤维编织材料。6.根据权利要求1所述的铝基自润滑关节轴承，其特征在于，所述激光织构化处理采用声光调Q二极管泵浦Nd：YAG纳秒激光器(601)，选择氩气作为辅助气体；激光工艺的参数范围：功率为1.20～6.52W，单脉冲能量为0.750～4.075mJ，脉冲重复次数为3～11次，脉冲重复频率为1500～5000Hz，脉冲宽度为50～70ns。7.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：平国峰，华希俊，田之翔，朱伟，陈亚林，张玲慧，戴文娟，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：