航空轴承元件制造技术

本发明专利技术是有关于一种航空轴承元件，一种基本上用有色金属制成的航空轴承元件，这种元件在靠近其表面处有一个氧扩散区，用以形成轴承的表面。本发明专利技术的航空轴承元件能承受较现有航空轴承更高的压力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种航空轴承元件，特别是涉及一种航空轴承。
技术介绍
金属对金属(metal-to-metal)的球面轴承用于航空和^元天工业，特别 是用于飞机起落架的轴承上。 一般用于制造起落架的金属对金属轴承的材 料是用不锈钢和铜合金来制造轴承的内圏和外图(或者制造滚珠和外壳)。 使用这些材料是因为在没有润滑剂的情况下它们的表面不易磨损。然而， 这种材料都是比较重的材料，因此， 一直在寻找使用更适合于航空和航天 工业的更轻便材料的解决方案。从强度方面考虑可以使用钛合金轴承来替 代这些较为沉重的金属，同样的钛合金材料制成的元件大约要比不锈钢和 铜合金材料轻40%。虽然重量是大大减轻了，但是在起落架经受的负载条件 下这类材料磨损得很快。US 4，848，934号专利提出了一种钛合金轴承。由 于钛合金对于金属与金属的接触来说太软了 ，所以要在其上被覆一层坚硬 的氧化4各覆层。对其它类型的覆层也进行了研究，但却遇到了将这种坚硬覆层被覆在 相对较软的钛合金上时附着力不足的问题。氧化铬和铬被覆技术对于环境保护很不利，而且还必然在很大程度上 提高了制造成本，因此最好不使用氧化铬或者铬的被覆技术。GB 2,412,701号专利提供了一种金属对金属的轴承，其中的一种材料 含有钛合金，这种钛合金在其表面附近提供一个扩散区。GB 2,412,701号 专利文献只公开了在形成这种扩散区时要使用氮。已经发现，使用如GB 2,412,701号专利文献所描述的氮扩散区，所形 成的氮扩散区比较薄，只在20jum的范围内形成。换言之，这种氮扩散区 只至渗透到钛基材表面的20jum左右的深度。这样的渗透深度限制了这种 轴承所能够承受的压力的大小。例如， 一种具有氮扩散区的航空轴承只能 承受最大80 MPa(兆帕)的压力。
技术实现思路
因此，本领域需要提供一种轻型的航空轴承，这种轴承能够承受较现 有航空轴承更高的压力。特别是随着更大和更重型飞机的出现，需要一种 能够承受远远高于80 MPa压力的航空轴承。本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达 到上述目的，本专利技术提供了一种基本上用有色金属(非铁金属)制成的航空 轴承元件，这种元件在靠近其表面处有一个氧扩散区，用以形成轴承的表面。与GB 2,412,701号专利中公知的形成氮扩散区相反，形成氧扩散区的 优点在于这种扩散区能在轴承元件上达到更深的深度，得到更高的表面硬 度和较低的磨损率。此外，具有氧扩散区的航空轴承元件，能够承受超过 80 MPa的压力。本专利技术旨在提供一种具有氧扩散区和PVD覆层并经过适当 的磨合后能应用于承受达到或者超过270 MPa的压力的航空轴承元件。制作具有氧扩散区的金属元件在业内是公知的，但此前在航空航天工 业特别是航空轴承工业中却并非是公知的。本
的技术人员一直都 认为氧扩散区不能应用在轴承工业，因为他们认为这种氧扩散工艺过程会 在经过氧扩散的元件表面上形成分离的氧化物层。当这种元件含有钛时， 上述氧化层中便含有二氧化钛(Ti02)金红石。这种二氧化钛金红石层的深 度范围可能达到0. 5~l|Lim。在轴承
一直都认为存在氧化层是很不利的，因为氧化层磨损 后的磨蚀性颗粒会由表面上脱落下来加快轴承表面磨损并产生卡死。因此 以前在轴承
中 一直不考虑使用氧扩散区。较好的是更倾向于在航空轴承元件的表面或内部再形成一个氮扩散区。在航空轴承元件表面或内部形成一个氮扩散区的优点是能在很大程度 上减少或者消除这种不利的氧化层。较佳的，在制造实施本专利技术的航空轴承元件时，首先形成一个氧扩散 区；然后，然后在该氧扩散区之上形成一个氮扩散区。在一个实施例中，至少上述氮扩散区的一部分，与至少上述氧扩散区 的一部分互相填补空隙。这种结构的优点是可以用氮扩散区"盖住"氧扩 散区。该氮扩散区进一步提高了轴承表面的硬度。使用这种氧扩散区和氮扩散区这两种扩散区所带来的叠加优点是，氧 扩散区能够较深地渗透到轴承元件内，从而使轴承元件能够承受更大的压 力，而设置氮扩散区则进一步提高了轴承表面的硬度，并且提高了成品轴 承表面的耐磨性能。还发现，当制造同时具有氧和氮这两种扩散区的航空轴承元件时，形 成氮扩散区的步骤能够起到大大减少或者完全消除在形成氧扩散区的步骤 时形成的氧化层的作用。因此，按照本专利技术制成的在其表面上或者表面内 部具有一层氧扩散区和一层氮扩散区的航空轴承元件，基本上没有氧化 (即，金红石)层。产生的叠加的有益效果是在获得氧扩散区的能够同说明书第3/13页时消除其相关缺陷。氮扩散区的存在不仅能减少或消除氧化层，它还能起 到使轴承表面硬化的作用，进而提供一个适于附着覆层的表面。较好的是，扩散区的深度在21-100jnm的范围内。更好的是该深度在 40~70jum的范围内。最优选的深度基本上是60jim。所谓"扩散区"，或 者仅指氧扩散区本身，或者指氧扩散区和氮扩散区的组合。应该理解，如 果氮扩散区与至少部分的氧扩散区互相填隙，那么，该组合扩散区的有效 深度基本上与氧扩散区本身的有效深度相同。在一个实施例中，在上述表面上形成一层覆层，以形成轴承表面。较好的是，上述覆层的深度在O. 1 50Mm的范围内。较好的是，上述 深度可在0. 1 ~ 25 pm的范围内。较好的是该深度在2 ~ 4 jnm的范围内。上述覆层可以包括一层第一覆层，及在第一覆层上形成的一第二覆层。 在一个实施例中，第一覆层选材时选择能够很好地附着在其下的相应扩散 区上的材料，第二覆层选材时选择能够形成优异轴承表面的材料。这种双层结构的优点是，第一覆层起到一个中间覆层的作用，这样， 面层(第二覆层)就不会由其下方的扩散崩离(脱离)。因此，第一覆层的 材料可以选择能很好地附着在下面的氮/氧扩散区上的材料，而不必特别考 虑材料的摩擦属性。相反，第二覆层的材料则应该选择能够形成良好的轴 承表面的材料，而可以很少或者不需要考虑如何让第二覆层的材料附着在 扩散区上的问题。尽管如此，第二覆层最好还是选择能很好地附着在第一 覆层的材料上的材料。上述两种覆层中的至少一种覆层选自下列至少其一氮化钛、氮化铬、 碳化鴒石墨(tungsten carbide graphite)、钛铝氮化物和铬铝氮化物。在一个实施例中，第一覆层的材料选自氮化铬(CrN)、氮化钛(TiN) 和氮化铬铝(CrAlN);而第二覆层的材料是碳化钨石墨(WCC )。任何一种，或者，所有的被覆材料和/或覆层，都可以使用物理气相沉 积(PVD)和化学气相沉积(CVD)中的至少一种方法来被覆。在一个实施例中，上述航空轴承元件具有下列范围内的表面粗糙度 0. 1 ~ 0. 7 Ra。较好的是，上述表面粗糙度在0. 2 ~ 0. 4 Ra的范围内。较好 的是，上述表面粗糙度的最适当的范围是O. 25 - 0. 35 Ra。优选上述表面粗 糙度基本上是Q. 3 Ra。本专利技术还提供了 一种由上述所限定的航空轴承元件。这种航空轴承元件包括航空轴承套、航空轴承的滚珠、航空轴承的 内座圏或外座圈。在一个实施例中，本专利技术提供了一种航空轴承，它具有一个轴承套和 一个保持在该轴承套内的滚珠，上述轴承套和滚珠中的至少其一由本专利技术 的 一个航空轴承元件构成。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航空轴承元件，用有色金属制成，其特征在于，这种元件在靠近其表面处有一个氧扩散区，用以形成轴承的表面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：保罗雷蒙德史密斯，朱尼亚克里斯蒂娜艾薇克拉巴蒂斯塔，埃利奥特艾希礼菲尔丁斯贝里，乔纳森豪斯登，艾伦马修斯，艾德里安利兰，
申请(专利权)人：美蓓亚株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]