高效能运动副表面覆层的制造方法技术

一种高效能运动副表面覆层的制造方法，将次微米及纳米级的聚四氟乙烯高分子粉末颗粒，经由适当比例及调配技术，使其均匀散布于镍磷基的化学镀液中，通过电化学反应使其均匀披覆在依纳米级至微米级不同粒径比例成形的铜－锡基粉末冶金烧结零件的表面，通过两者超微粒化颗粒的高活化性作用，完成聚四氟乙烯与铜－锡基零件表面的微小粉末颗粒直接在低温下完成复合反应。经由此技术制成的产品可直接一次将铜－锡基零件表面的微小粉末颗粒当作聚四氟乙烯高分子材料的充填材，使其具有低摩擦系数、耐磨耗、硬度高、尺寸精密、制造成本较低及提高系统动力能量的效能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及运动副表面覆层的制造方法，特别是通过喷雾法所制得的合金粉末颗粒，加入微量合金金属材及润滑剂构成的覆层的制造方法。
技术介绍
现有产业界使用的运动副系统可区分为接触式与非接触式两大类，其中非接触者大多以磁力悬浮或空气压悬浮为主，其受到制造成本、系统控制及设备维护的昂贵及复杂性影响。所以，除了高精密、高价值的设备允许使用外，对一般性运动副元件而言，滚动式及滑动式的接触式运动副设计仍为主要应用方式。滑动式的运动副设计，一般利用两滑动元件间添加润滑油、自润性含油衬垫或软质过渡材为主，其中以添加润滑油的方式较经济，但是，对无法进行润滑油添加的封闭性机构及需避免油渍污染的机构设计而言，就无法使用，软质过渡材系通过其自身易磨耗及可更换的特性，代替滑动副本体的磨损，但是，因软质材有较明显的磨耗问题，所以定位尺寸精度的变化较大，同时软质材大量磨耗所产生的细微颗粒，对系统而言仍是一项严重的污染，自润型含油衬垫或轴承，一般而言平均价格较低，因其具有润滑油自动渗出润滑直线运动及旋转运动的运动元件的功能，所以为产业界大量使用，在旋转轴与轴承组合的尺寸公差方面设计得当，则其旋转所造成的噪音较小，所以，在小型冷却风扇上的应用范围甚广，但是因润滑油油耗及油含浸率会受工作温度、基材结构密度及基材表面较高的摩擦系数值等影响，对较高运动速度的运动副而言，寿命不佳，例如自润型轴承平均寿命约20000小时，而远不及滚珠轴承的50000小时，为其应用上的一大限制。滚动式的运动副设计，以传统滚子轴承为主，其拥有较佳的使用寿命，容许轴组合时有些许的倾角偏差及能承受较重的径向负荷，所以自始以来均是转动件理所当然的径向及部分轴向支承用元件，对直线运动副的设计而言，就必须利用数个滚子轴承装置在固定直线导轨上，以达到直线运动的目的，但是，因滚子与轨道接触及撞击所造成的噪音问题，平均价格高于自润型含油轴承甚多及受限于数个滚珠线性组装的对正、调校技术需求性高，亦为其一大限制。现今市面上有由THE GLACIER METAL CO.，LTD.所开发，已获英国、日本、美国、加拿大、法国、意大利、德国、瑞士等国专利的(其中，日本专利号223605及438282)DU完全无给油轴承，其在钢衬上将青铜粉末烧结成为多孔质，而将特氟龙-铅的混合物填满含浸表面呈为特氟龙-铅薄被膜，轴承面经常有特氟龙-铅因而摩擦低，所以不需用润滑油，其特氟龙-铅含浸青铜烧结层约有0.3mm厚，由于这个组织的功用，初期运转磨损会约有0.01mm，其中的钢衬是为确保轴承的固定性，尺寸精密度，安定性及正确的扭矩紧度所必需的结构，应用此技术的制品有普通衬套，止推轴承，锷付衬套，滑板等。如图1即为此制程产品的剖面结构图。此技术在先加工完成的钢衬基材表面附上一层青铜基粉末再进行烧结，使其表面形成一层多孔性组织，再将特氟龙-铅的混合物填满含浸表面呈为特氟龙-铅薄披膜，其中青铜基的粉末颗粒就当作特氟龙-铅的充填材，此制程技术在多孔性表面烧结时，必须考量基材与青铜基粉末的高温结合性，否则易产生剥落、分离的情况，再则，青铜基粉末烧结温度一般需达760℃左右，因此也易使钢衬基材发生热变形现像，特氟龙-铅的混合物填充在多孔性表面后，需加温至360℃以上，才能使特氟龙-铅与青铜基充填材相互结合，而此高温制程易使特氟龙释放有害气体，另外，0.3mm的烧结层厚度及初期0.01mm的磨耗量，对精度需求达微米级的运动副而言，实不可行，同时制程原料中含有的铅成分也违反现有资讯产品中环保基材的规定，因此其使用价值大受影响。
技术实现思路
一种，包括以下步骤(a)直接利用喷雾法所制得的青铜基合金粉末颗粒，经初步筛选；(b)将不同粒径范围的粉末，再加入若干微量合金金属材，以若干比例方式搭配，根据工艺需求加入酌量的润滑剂；(c)进行充分的混粉作业；(d)将充分完成混粉程序的基材粉末，填注于压床机台的中空模穴之内，再利用上、下冲头与中模加压合模原理，以挤压方式促使粉末受压成形；(e)根据有相当的关连性的成型压力与冲头接触面积及预期的生胚密度值，进行生胚检验；(f)将成型后的生胚送入烧结炉中进行还原气氛下烧结处理；(g)经过烧结处理后，直接进行后续的表面改质及覆层处理，再进行尺寸精整程序；(h)进行表面热脱脂处理，依油脂种类，选择相匹配的水性或酸类溶剂进行前置清洗或超音波除油处理，以除去工件表面油脂；(i)在室温中进行搅拌、排风及过滤，以动力搅拌器均匀搅拌；(j)表面活化处理、表面改质处理及各别的水洗清洁及活性化处理； (k)未经处理的镀层硬度将覆层处理后的工件置放于高温烘烤环境下，使覆层表面达到更进一步的密着性处理；(l)最后将经密着性处理后的零件，根据工艺精度需求，可再经超音波清洗，以再一次清除电化学反应后期未能完全覆着于基材表面的微细颗粒。附图说明图1在先公开案DU完全无给油承的剖面结构图。图2本专利技术的制造流程图。图3本专利技术粉末烧结表面组织结构放大图。图4本专利技术覆层表面经密着性处理后的表面状况图。图5本专利技术回转运动副的实体制品图。图6本专利技术实验用风扇转动部组装后的实体图。具体实施例方式本专利技术的制造流程示意图，如图2所示，系直接利用喷雾法所制得的青铜基合金粉末颗粒，经初步筛选10后，将不同粒径范围(0.5～30μm)的粉末，再加入若干微量合金金属材，以若干比例方式搭配，依制程需求性可在加入酌量的润滑剂20(例如石墨、硬脂酸类等)等，进行充分的混粉作业30。混粉程序是为了增进原料化学及物理性质的均匀性，利用粒子移动的原理，将多种不同粒径的粉粒体予以均匀混合，因此，混合速度、混合机构等的设计，将会影响基材原料混粉程序的均匀化程度，所以在混合粉末时，必须依照粉末特性，例如粒径大小分布差异、比重差异等因素，采取能避免产生偏析现象的混合作业，依照上述特性，本专利技术使用的直立式螺旋叶型混合机，再搭配适当的转速(60～120rpm)，即为能够达成混粉均匀性的方法之一。将充分完成混粉程序的基材粉末，填注于压床机台的中空模穴之内，再利用上、下冲头与中模加压合模原理，以挤压方式促使粉末受压成形40，其中成形压力与冲头接触面积及预期的生胚密度值有相当的关连性，依本专利技术生胚检验50结果分析所得，最终的生胚密度需维持在7.9～8.0g/cm3以上为佳，若生胚密度值未达前述标准，虽然最终制品仍能满足相当设计要求，但会增加后续制程的处理手续及影响品质稳定性，所以，最佳化成形密度的要求，对大量生产时的产品品质稳定性及制成成本的降低，有其必要性。成形制程中所使用的润滑剂主要用于帮助生胚从模具内脱出，减少脱膜压力，其润滑方式一般可采用以下两种，其一为将干燥的润滑剂先与金属粉末充分混合，直接填充于模穴中，加压成形，另一种为采用模壁润滑的方式进行，即是在金属粉末填充入模穴之前，将溶解于易挥发性有机溶剂体内的液体润滑剂涂覆或喷覆到模壁及冲头表面，待有机溶剂挥发干燥后，形成一层润滑表面达成润滑效果，依本专利技术实验数据所得，若使用电解铜合金粉或粉末粒度大小匹配得当的粉体，再搭配适当的成形压力，其可在未添加润滑剂的情况下，使生胚成形后的密度达7.97g/cm3，如此亦能满足前述生胚成形制程较佳的密度需求。成形后的生胚将其送入烧结炉中进行还原气氛下烧结处理60，烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效能运动副表面覆层的制造方法，包括以下步骤：（ａ）直接利用喷雾法所制得的青铜基合金粉末颗粒，经初步筛选；（ｂ）将不同粒径范围的粉末，再加入若干微量合金金属材，以若干比例方式搭配，根据工艺需求加入酌量的润滑剂；（ ｃ）进行充分的混粉作业；（ｄ）将充分完成混粉程序的基材粉末，填注于压床机台的中空模穴之内，再利用上、下冲头与中模加压合模原理，以挤压方式促使粉末受压成形；（ｅ）根据有相当的关连性的成型压力与冲头接触面积及预期的生胚密度值，进 行生胚检验；（ｆ）将成型后的生胚送入烧结炉中进行还原气氛下烧结处理；（ｇ）经过烧结处理后，直接进行后续的表面改质及覆层处理，再进行尺寸精整程序；（ｈ）进行表面热脱脂处理，依油脂种类，选择相匹配的水性或酸类溶剂进行前置 清洗或超音波除油处理，以除去工件表面油脂；（ｉ）在室温中进行搅拌、排风及过滤，以动力搅拌器均匀搅拌；（ｊ）表面活化处理、表面改质处理及各别的水洗清洁及活性化处理；（ｋ）未经处理的镀层硬度将覆层处理后的工件置放于高温烘 烤环境下，使覆层表面达到更进一步的密着性处理；（ｌ）最后将经密着性处理后的零件，根据工艺精度需求，可再经超音波清洗，以再一次清除电化学反应后期未能完全覆着于基材表面的微细颗粒。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龙清勇，
申请(专利权)人：龙清勇，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]