一种耐磨销轴及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐磨销轴，包括基体，所述基体表面通过Ni/Al粘结层设有Al2O3/TiO2纳米陶瓷层，所述Al2O3/TiO2纳米陶瓷层表面设有Al

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨销轴及其制备方法


[0001]本专利技术属于工程机械零部件
，具体为一种耐磨销轴及其制备方法。

技术介绍

[0002]工程机械中销轴主要实现不同的动作和传递载荷。目前销轴一般采用整体调质工艺，对耐磨性能有要求的则采用感应淬火、镀铬的表面改性工艺。但是容易与配合的钢套黏着、咬合，导致销轴的磨损加剧，进而导致配合间隙增大，降低摩擦副的使用寿命。
[0003]目前工程机械用销轴采用的表面改性技术主要有感应淬火、镀铬、QPQ等工艺。感应淬火制备销轴耐磨层，具有工艺耗时短、成本低等优势。40Cr、42CrMo等合金钢经过感应淬火以后，表面硬度为50～55HRC，淬硬层深度为2.0～4.0mm，适用于多种工况。镀铬依据销轴的受力及工作部位可选用不同的厚度，耐磨与承载性能优良。QPQ经过盐浴氮碳共渗和盐浴氧化处理以后，再经过抛光和盐浴氧化的复合处理技术。40Cr、42CrMo等合金钢经过QPQ工艺处理后，表面硬度≥550HV，改性层深度为0.2～0.4mm。由于QPQ工艺形成一层白亮层，具有高承载、高耐磨的特点，表面的氧化膜显著提高销轴的耐腐蚀性能。
[0004]销轴采用感应淬火制备改性层，工艺控制不佳时容易造成脱碳，反而会降低销轴表面的硬度，进而降低其耐磨性。同时销轴表面淬火只是改变销轴表面的组织结构，与钢套进行配合时，会产生抱死、咬合的现象，造成剧烈的黏着、氧化磨损，降低销轴轴套摩擦副的使用寿命。销轴采用QPQ工艺处理，在冲击工况下白亮层收到冲击容易破碎，破碎的白亮层在摩擦副中加剧磨损，导致配合的轴套使用寿命降低。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种耐磨销轴及其制备方法，采用该制备方法获得的销轴，充分结合纳米陶瓷与DLC涂层的优势，具有优异的抗咬合能力、抗黏着磨损和滑动磨损性能，显著提升销轴在摆动工况下的使用寿命。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种耐磨销轴，包括基体，所述基体表面通过Ni/Al粘结层设有Al2O3/TiO2纳米陶瓷层，所述Al2O3/TiO2纳米陶瓷层表面设有Al
‑
DLC薄膜。该耐磨销轴主要应用于挖掘机、装载机等工作装置中。
[0007]进一步地，所述Al2O3/TiO2纳米陶瓷层中，以质量计，其组分含有：Al2O3，80～90％，纯度≥99％，粒度范围40～90nm；TiO2，10～20％，纯度≥92％，粒度范围30～60nm。
[0008]进一步地，所述Ni/Al粘结层中，以质量计，其组分含有：Ni，88～90％，纯度≥99％，粒度范围
‑
100～+150目；Al，余量，纯度≥99％，粒度范围
‑
100～+200目。
[0009]进一步地，所述基体为45#钢、40Cr或42CrMo，所述Al2O3/TiO2纳米陶瓷层厚度为200～350μm，表面硬度为1000～1100HV；所述Al
‑
DLC薄膜厚度为1～5μm。
[0010]本专利技术还提供上述的耐磨销轴的制备方法，包括：
[0011]制备纳米陶瓷浆料；
[0012]对纳米陶瓷浆料进行喷雾干燥，获得固体颗粒；
[0013]对固体颗粒采用具有惰性气体保护氛围的高温炉中烧结；
[0014]采用等离子热喷涂在销轴基体表面制备Ni/Al粘结层和Al2O3/TiO2纳米陶瓷层；
[0015]采用机床对纳米陶瓷涂层表面进行加工；降低涂层的表面粗糙度，粗糙度控制在Ra1.6～Ra6.3之间；
[0016]将上述机床加工后的销轴采用磁控溅射设备制备Al掺杂的DLC薄膜。
[0017]进一步地，所述纳米陶瓷浆料的制备方法为：
[0018]按纳米陶瓷层组分的配比称取Al2O3和TiO2纳米粉末，配置浆料；
[0019]采用超声波振荡器对纳米陶瓷浆料进行10～30min的振荡，使用机械搅拌对纳米陶瓷浆料进行2～6h搅拌，搅拌期间加入聚乙二醇作为分散剂，浆料的固含量30％～39％，松装密度0.68～0.78g/cm3，流动性140～150s/50g；
[0020]加入1％的聚乙烯醇作为粘结剂。粘结剂在喷雾造粒过程中会形成树脂骨架，粘合纳米陶瓷颗粒。等离子热喷涂的焰流温度高、速度快，纳米陶瓷颗粒很难输送到焰流中，因此需要将纳米陶瓷颗粒重构为微米级喂料。
[0021]进一步地，所述喷雾干燥的进口温度为200～240℃，出口温度为10～100℃，风机40～50m3/h，蠕动量40～75ml/h，通针5～9次/h。主要去除喂料中的去离子水，获得固体颗粒。
[0022]进一步地，所述烧结温度为1200～1250℃，烧结时间2h～3h。喷雾干燥获得固体颗粒，结合力弱、强度低，直接用来喷镀在焰流中容易分散。采用高温烧结去除喂料中残留的水分与粘结剂，提高纳米颗粒的致密度与结合强度。
[0023]进一步地，所述等离子热喷涂的喷涂电压为45～75V，喷涂距离为60～90mm，送粉量为7～9g/L。
[0024]进一步地，所述DLC薄膜的制备方法为：
[0025]将销轴垂直放置于工装上，销轴工作面不得与工装接触；
[0026]真空腔内抽真空，首先采用机械泵预抽真空到10Pa以下，然后采用分子泵抽真空，使得腔体真空达到5
×
10
‑4～7
×
10
‑4Pa；
[0027]打开石墨、Al的靶源，调节两个靶源的功率溅射制备Al
‑
DLC薄膜，溅射气压0.5～0.7Pa，基体温度150～180℃，基体偏压
‑
100～
‑
120V，溅射时间45～70min，射频功率100～200W；
[0028]溅射完成后，关闭射频电源，冷却到室温后打开放气阀，压力平衡后，取出销轴试样。
[0029]DLC薄膜中SP3杂化建的存在会提升薄膜的硬度，但导致薄膜结构处于过约束状态，薄膜中存在很大的应力制约DLC薄膜的厚度与稳定性。掺杂的Al金属能够以原子固溶、纳米晶等形式非均匀的分布于DLC薄膜中，能够大幅度提升薄膜的断裂韧性，可以适用于大载荷工况。
[0030]本专利技术还可通过激光熔覆、烧结、CVD等手段在销轴表面制备纳米陶瓷层，亦可以在采用离子束沉积、脉冲激光沉积等离子体增强化学气相沉积等方法制备DLC薄膜。
[0031]本专利技术所达到的有益效果：
[0032]本专利技术提供耐磨销轴，具有优良的综合力学性能，纳米陶瓷高硬度、高耐磨，Al掺杂的DLC薄膜具有耐磨、摩擦系数低的特性，该工艺充分结合二者的特性，适用于工程机械
高耐磨、高载荷的工况。
[0033]本专利技术提供的销轴主要优点包括：1)稳定性高，纳米陶瓷层与DLC涂层均具有高硬度高耐磨性的特点，DLC薄膜在摩擦过程中会下显著降低摩擦副的摩擦系数，Al掺杂后的DLC薄膜的抗裂韧性会增强，与Al2O3/TiO2纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐磨销轴，其特征在于，包括基体，所述基体表面通过Ni/Al粘结层设有Al2O3/TiO2纳米陶瓷层，所述Al2O3/TiO2纳米陶瓷层表面设有Al
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DLC薄膜。2.根据权利要求1所述的耐磨销轴，其特征在于，所述Al2O3/TiO2纳米陶瓷层中，以质量计，其组分含有：Al2O3，80~90%，纯度≥99%，粒度范围40~90nm；TiO2，10~20%，纯度≥92%，粒度范围30~60nm。3.根据权利要求1所述的耐磨销轴，其特征在于，所述Ni/Al粘结层中，以质量计，其组分含有：Ni，88~90%，纯度≥99%，粒度范围
‑
100~+150目；Al，余量，纯度≥99%，粒度范围
‑
100~+200目。4.根据权利要求1所述的耐磨销轴，其特征在于，所述基体为45#钢、40Cr或42CrMo，所述Al2O3/TiO2纳米陶瓷层厚度为200~350μm，表面硬度为1000~1100HV；所述Al
‑
DLC薄膜厚度为1~5μm。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的耐磨销轴的制备方法，其特征在于，包括：制备纳米陶瓷浆料；对纳米陶瓷浆料进行喷雾干燥，获得固体颗粒；对固体颗粒采用具有惰性气体保护氛围的高温炉中烧结；采用等离子热喷涂在销轴基体表面制备Ni/Al粘结层和Al2O3/TiO2纳米陶瓷层；采用机床对纳米陶瓷涂层表面进行加工；将上述机床加工后的销轴采用磁控溅射设备制备Al掺杂的DLC薄膜。6.根据权利要求5所述的耐磨销轴的制备方法，其特征在于，所述纳米陶瓷浆料的制备方法为：按纳米陶瓷层组分的配比称取Al2O3和TiO2纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐国，李毅，陈波，
申请(专利权)人：江苏徐工工程机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：