CN101812648A - 替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料 - Google Patents

Abstract

一种替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料，其特征在于：按重量百分比构成如下：铜粉3～5％；石墨4～6％；碳纤维粉10～12；余量为镍粉，经过高温混合、模具成形加压、重新烧结、补压、退火制成。本发明具有以下优越性：使用温度不低于300℃，远高于尼龙等非金属保持架材料；可在高温无油或水润滑情况下可提供自润滑作用，实现轴承润滑；在对应特殊工况下具有不可替代的作用，具有一定的社会效益及经济效益。

Description

替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料

技术领域

本发明涉及轴承材料领域，特别涉及一种替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料。

背景技术

轴承是机床及其机械的重要传动部件，是支承轴和承受轴传来的载荷。轴承中滚动轴承由外圈、内圈、滚珠和保持架组成。

内圈的作用是与轴相配合，并与轴一起旋转；外圈与轴承座相配合，起支撑作用；保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转并起润滑作用：滚动体是借助保持架均匀的分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响滚动轴承的使用性能和寿命。

保持架可以分为冲压保持架和实体保持架。冲压保持架的优点是重量较轻，占据轴承内外圈间的空隙小，润滑油容易进入轴承并留在保持架内；实体保持架应用于对保持架强度要求高、高速等的工作场合。

金属材料保持架如黄铜、钢、轻合金等，通常允许较高的速度，在纯滚动之外还附加上其它运动的场合，特别是在高加速度情况下，必须使用这种保持架。采取适当的措施，例如油润滑，以保证保持架引导表面和轴承内部提供足够的润滑。

实体尼龙保持架等非金属材料，特点是强度与弹性有良好的结合。尼龙同有润滑的钢表面有良好的滑动性能，同时与滚动体接触的保持架表面光滑，产生很小摩擦，因此轴承内的发热和磨损是非常低的。尼龙保持架在缺乏润滑剂的情况下有极好的运行特性，允许轴承继续运行一段时间，不会很快产生抢死和进一步损坏。玻璃纤维增强PEEK适合高速度、有化学反应或高温等要求苛刻的情况。PEEK的工作温度范围高、耐化学性与耐磨损性高而且可加工性良好。传统的保持架采用金属板冲压成型，由于其材质相接近，容易造成亲和现象，随着非金属工业的发展，人们采用非金属材料制作保持架，这些材料的使用解决了金属保持架相同金属之间的亲和性的问题，但其耐磨性、耐水解性和阻燃性等方面存在一定问题，而且加工性能等指标不如钢铁。因此，不适用于航空航天、军工、电子电气和医疗等领域。

发明内容 为解决上述问题，本发明设计了一种替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料，该保持架复合材料采用镍、石墨、铜、碳纤维等成分，经混合、压制、烧结制造；镍是一种不太活泼的过渡族元素，在常温下不受空气和水的作用，在空气中温度达到500℃时才有轻微的氧化，镍与很多元素能组成二元和三元的连续固溶体，这些固溶体具有良好的机械性能和物理性能；石墨具有六方晶系层状结构，呈鳞片状，层内原子结合力强，层间原子结合力弱，密度小，在大气中426℃下可长期使用，化学稳定性好，石墨和碳纤维粉在镍、铜中的溶解度非常小，主要以固体形式存在于材料中，可保证润滑效果；故该保持架材料同时具有耐高温和自润滑性能，工作温度不低于300℃，在轴承无油润滑或水润滑的情况下，可有效向轴承提供足够润滑，保证轴承正常运转；碳纤维粉具有碳的石墨晶体结构为主体的纤维材料，经专用工具磨制成粉状体与其他材料进行复合使用，具有耐热、耐磨擦、耐酸碱、密度小、强度大、高模量等工能。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

所述的替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料按重量百分比构成如下：

铜粉3～5％；石墨4～6％；碳纤维粉10～12；余量为镍粉；

所述的替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料在上述构成下经过高温混合、模具成形加压、重新烧结、补压、退火制成，各工序分述如下：

I、高温混合

将铜粉、镍粉和石墨在滚筒式球磨机上混合，混料方式采用干混法，球料比为2∶1，混料时间20h；

再将铜粉、镍粉和石墨混料高温至1200～1300℃熔化时，采用管状物内用氩气以风吹的方式将碳纤维粉逐渐加入并不停止的对已熔化的铜粉和镍粉及石墨进行搅拌，加入速率视高温炉的容量大小而定，以加入炉内的碳纤维粉充分与其他介质物体搅拌均匀为目的，通常搅拌的时间为1~2h，但必须保持原已熔化的1200～1300℃基础上进行搅拌；

11、模具成形加压

将已熔化的铜和镍及均匀分布在已熔化介质中的石墨及碳纤维灌注于模具中，降至600～800后逐渐进行加压，在压力达到100MPa时逐渐降至常温后，静等压力为3～4h；

Ill、重新烧结

在真空碳管炉上烧结，烧结温度1200～1300℃，烧结时间1～2h；

IV、补压

在油压机上补压，补压压力600～700MPa；

V、退火

在真空碳管炉上退火，退火温度800～900℃，烧结时间1～2h。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

1、本发明替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料使用温度不低于300℃，远高于尼龙等非金属保持架材料；

2、本发明替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料可在高温无油或水润滑情况下可提供自润滑作用，实现轴承润滑；

3、本发明替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料在对应特殊工况下具有不可替代的作用，具有一定的社会效益及经济效益。

具体实施方式

实施例1

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

所述的替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料按重量百分比构成如下：

铜粉3％；石墨4％；碳纤维粉10；余量为镍粉；

所述的替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料在上述构成下经过高温混合、模具成形加压、重新烧结、补压、退火制成，各工序分述如下：

I、高温混合

将铜粉、镍粉和石墨在滚筒式球磨机上混合，混料方式采用干混法，球料比为2∶1，混料时间20h；

再将铜粉、镍粉和石墨混料高温至1200℃熔化时，采用管状物内用氩气以风吹的方式将碳纤维粉逐渐加入并不停止的对已熔化的铜粉和镍粉及石墨进行搅拌，加入速率视高温炉的容量大小而定，以加入炉内的碳纤维粉充分与其他介质物体搅拌均匀为目的，通常搅拌的时间为1h，但必须保持原已熔化的1200℃基础上进行搅拌；

11、模具成形加压

将已熔化的铜和镍及均匀分布在已熔化介质中的石墨及碳纤维灌注于模具中，降至600后逐渐进行加压，在压力达到100MPa时逐渐降至常温后，静等压力为3h；

Ill、重新烧结

在真空碳管炉上烧结，烧结温度1200℃，烧结时间1h；

IV、补压

在油压机上补压，补压压力600MPa；

V、退火

在真空碳管炉上退火，退火温度800℃，烧结时间1～2h。

实施例2

所述的替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料按重量百分比构成如下：

铜粉4％；石墨5％；碳纤维粉11；余量为镍粉；

所述的替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料在上述构成下经过高温混合、模具成形加压、重新烧结、补压、退火制成，各工序分述如下：

I、高温混合

将铜粉、镍粉和石墨在滚筒式球磨机上混合，混料方式采用干混法，球料比为2∶1，混料时间20h；

再将铜粉、镍粉和石墨混料高温至1250℃熔化时，采用管状物内用氩气以风吹的方式将碳纤维粉逐渐加入并不停止的对已熔化的铜粉和镍粉及石墨进行搅拌，加入速率视高温炉的容量大小而定，以加入炉内的碳纤维粉充分与其他介质物体搅拌均匀为目的，通常搅拌的时间为1.5h，但必须保持原已熔化的1250℃基础上进行搅拌；

11、模具成形加压

将已熔化的铜和镍及均匀分布在已熔化介质中的石墨及碳纤维灌注于模具中，降至700℃后逐渐进行加压，在压力达到100MPa时逐渐降至常温后，静等压力为3h；

Ill、重新烧结

在真空碳管炉上烧结，烧结温度1250℃，烧结时间1.5h；

IV、补压

在油压机上补压，补压压力650MPa；

V、退火

在真空碳管炉上退火，退火温度850℃，烧结时间1.5h。

实施例3

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

所述的替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料按重量百分比构成如下：

铜粉5％；石墨6％；碳纤维粉12；余量为镍粉；

所述的替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料在上述构成下经过高温混合、模具成形加压、重新烧结、补压、退火制成，各工序分述如下：

I、高温混合

将铜粉、镍粉和石墨在滚筒式球磨机上混合，混料方式采用干混法，球料比为2∶1，混料时间20h；

再将铜粉、镍粉和石墨混料高温至1300℃熔化时，采用管状物内用氩气以风吹的方式将碳纤维粉逐渐加入并不停止的对已熔化的铜粉和镍粉及石墨进行搅拌，加入速率视高温炉的容量大小而定，以加入炉内的碳纤维粉充分与其他介质物体搅拌均匀为目的，通常搅拌的时间为2h，但必须保持原已熔化的1300℃基础上进行搅拌；

11、模具成形加压

将已熔化的铜和镍及均匀分布在已熔化介质中的石墨及碳纤维灌注于模具中，降至800后逐渐进行加压，在压力达到100MPa时逐渐降至常温后，静等压力为34h；

Ill、重新烧结

在真空碳管炉上烧结，烧结温度1300℃，烧结时间2h；

IV、补压

在油压机上补压，补压压力700MPa；

V、退火

在真空碳管炉上退火，退火温度900℃，烧结时间2h。

Claims (6)

1.一种替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料，其特征在于：按重量百分比构成如下：铜粉3～5％；石墨4～6％；碳纤维粉10～12；余量为镍粉，经过高温混合、模具成形加压、重新烧结、补压、退火制成。

2.根据权利要求1所述的一种替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料，其特征在于：高温混合：高温混合是将铜粉、镍粉和石墨在滚筒式球磨机上混合，混料方式采用干混法，球料比为2∶1，混料时间20h；再将铜粉、镍粉和石墨混料高温至1200～1300℃熔化时，采用管状物内用氩气以风吹的方式将碳纤维粉逐渐加入并不停止的对已熔化的铜粉和镍粉及石墨进行搅拌，加入速率视高温炉的容量大小而定，以加入炉内的碳纤维粉充分与其他介质物体搅拌均匀为目的，通常搅拌的时间为1~2h，但必须保持原已熔化的1200～1300℃基础上进行搅拌。

3.根据权利要求1所述的一种替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料，其特征在于：模具成形加压：模具成形加压是将已熔化的铜和镍及均匀分布在已熔化介质中的石墨及碳纤维灌注于模具中，降至600～800后逐渐进行加压，在压力达到100MPa时逐渐降至常温后，静等压力为3～4h。

4.根据权利要求1所述的一种替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料，其特征在于：重新烧结：重新烧结是在真空碳管炉上烧结，烧结温度1200～1300℃，烧结时间1～2h。

5.根据权利要求1所述的一种替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料，其特征在于：补压：补压是在油压机上补压，补压压力600～700MPa。

6.根据权利要求1所述的一种替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料，其特征在于：退火：退火是在真空碳管炉上退火，退火温度800～900℃，烧结时间1～2h。