CN109139705A - 一种轴承内圈及其制备工艺及自润滑关节轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴承内圈及其制备工艺及自润滑关节轴承，属于关节轴承技术领域。一种轴承内圈包括轴承内圈基体和镀膜层，轴承内圈基体表面具有经过渗氮处理的渗氮层，镀膜层设置于渗氮层表面。轴承内圈基体表面的渗氮层能够有效提高轴承内圈基体表面的表面硬度，渗氮层表面的镀膜层进一步提高轴承内圈表面的表面硬度和耐磨性，降低轴承内圈表面的摩擦系数，提高轴承内圈表面的抗衬垫刮擦能力。轴承内圈的制备工艺包括采用真空等离子渗氮法在轴承内圈基体表面制备渗氮层，再采用物理气相沉淀法在渗氮层表面制备镀膜层。一种自润滑轴承，轴承内圈与自润滑衬垫形成一对摩擦副，减轻衬垫的磨损速度，提高关节轴承的使用寿命。

Description

一种轴承内圈及其制备工艺及自润滑关节轴承

技术领域

本发明涉及关节轴承技术领域，具体而言，涉及一种轴承内圈及其制备工艺及自润滑关节轴承。

背景技术

关节轴承是一种球面滑动轴承，其滑动接触表面是一个内球面和一个外球面，运动时可以在任意角度旋转摆动，它采用表面磷化、开缝、挤压、镶垫、喷涂等多种特殊工艺处理方法制作而成。关节轴承具有载荷能力大，抗冲击，抗腐蚀、耐磨损、自调心、润滑好等特点。

在许多冲击工况，如飞机起落架等部位，关节轴承的套圈需要有耐冲击的要求，因此要求套圈表面硬度不能太高且具有较好的耐疲劳冲击性能。但现有的自润滑关节轴承内圈通常选用不锈钢，表面硬度通常为45HRC左右，在使用过程中抗磨损能力较弱，球面易被磨损破坏，从而会加速自润滑衬垫的磨损速度，造成使用寿命不足。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种轴承内圈，用于关节轴承，提高轴承内圈的表面硬度和耐磨性，降低摩擦系数。

本发明的第二目的在于提供一种轴承内圈的制备工艺，通过对轴承内圈进行渗氮处理和物理气相沉积处理提高轴承内圈表面硬度。

本发明的第三目的在于提供一种自润滑关节轴承，此关节轴承耐磨性好，轴承内圈与自润滑衬垫之间的摩擦系数低。

本发明的实施例是这样实现的：

一种轴承内圈，其包括轴承内圈基体和镀膜层，轴承内圈基体表面具有经过渗氮处理的渗氮层，镀膜层设置于渗氮层表面；

轴承内圈的表面硬度≥1500HV。

进一步地，轴承内圈基体的材质为PH13-8Mo不锈钢。

进一步地，渗氮层的厚度为100～200μm。

进一步地，镀膜层为碳氮化钛涂层或类金刚石涂层。

一种轴承内圈的制备工艺，其包括采用真空等离子渗氮法在轴承内圈基体表面制备渗氮层，再采用物理气相沉积法在渗氮层表面制备镀膜层。

进一步地，物理气相沉积方法包括真空磁控溅射法。

进一步地，轴承内圈经过真空等离子渗氮法制备渗氮层后，表面硬度≥950HV，轴承内圈经过物理气相沉积法制备镀膜层后，表面硬度≥1500HV。

一种自润滑关节轴承，其包括轴承外圈、自润滑衬垫及如上述的轴承内圈，轴承内圈套设于轴承外圈的内部，自润滑衬垫设置于轴承外圈的内壁，并且与轴承内圈形成一对摩擦副。

进一步地，自润滑衬垫粘接于轴承外圈的内壁。

进一步地，自润滑衬垫为聚四氟乙烯织物衬垫或模塑衬垫。

本发明实施例的有益效果是：

本发明提供的一种轴承内圈，用于关节轴承。轴承内圈基体表面的渗氮层能够有效提高轴承内圈基体表面的表面硬度，渗氮层表面的镀膜层能够进一步提高轴承内圈表面的表面硬度和耐磨性，使其表面硬度达到1500HV以上，降低轴承内圈表面的摩擦系数，显著提高轴承内圈表面的抗衬垫刮擦能力。

本发明提供的一种轴承内圈的制备工艺，通过采用空等离子渗氮法在轴承内圈基体表面制备渗氮层，使轴承内圈基体表面的表面硬度提高；再通过采用物理气相沉积法在渗氮层表面制备镀膜层，轴承内圈表面的表面硬度和耐磨性进一步提高，使其表面硬度达到1500HV以上。本发明提供的铝合金关节轴承的制备工艺简单。

本发明提供的一种自润滑轴承，采用表面硬度较高的轴承内圈。轴承内圈与自润滑衬垫形成一对摩擦副，能够减轻衬垫的磨损速度，提高关节轴承的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的轴承内圈的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的只有渗氮层的轴承内圈的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的轴承内圈的局部结构示意图；

图4为本发明实施例提供的关节轴承的结构示意图。

图标：100-轴承内圈；110-轴承内圈基体；120-渗氮层；130-镀膜层；200-轴承外圈；300-自润滑衬垫。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，“垂直”等术语并不表示要求部件之间绝对垂直，而是可以稍微倾斜。如“垂直”仅仅是指其方向相对而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明提供一种轴承内圈100，其包括轴承内圈基体110、渗氮层120和镀膜层130。

轴承内圈基体110的材质为PH13-8Mo不锈钢，PH13-8Mo不锈钢为美国沉淀硬化型不锈钢，采用双真空冶炼的高强度马氏体沉淀硬化不锈钢。PH13-8Mo不锈钢具有优良的断裂韧性，良好的横向力学性能和在海洋环境中的耐应力腐蚀性能，广泛应用于宇航、核反应堆和石油化工等领域。

请参阅图2，渗氮层120是由轴承内圈基体110表面经过渗氮处理得到的。渗氮处理是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。渗入钢中的氮一方面由表及里与铁形成不同含氮量的氮化铁，一方面与钢中的合金元素结合形成各种合金氮化物，特别是氮化铝、氮化铬。这些氮化物具有很高的表面硬度、热稳定性和很高的弥散度，因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗大气和过热蒸汽腐蚀能力、抗回火软化能力，并降低缺口敏感性。渗氮有多种方法，常用的是气体渗氮和离子渗氮。

进一步地，本发明采用离子渗氮法对轴承内圈基体110表面进行处理，得到的渗氮层120大幅提高轴承内圈100表面的表面硬度和耐磨性。

进一步地，渗氮层120的厚度为100～200μm。经过渗氮处理的轴承内圈100表面硬度≥950HV，轴承内圈100的内球面的Ra≤0.08。

请参阅图1及图3，镀膜层130是由经过渗氮处理得到的渗氮层120表面再经过物理气相沉积法处理得到。物理气相沉积是在真空条件下，采用物理的方法将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。除传统的真空蒸发和溅射沉积技术外，还包括真空蒸镀、溅射镀、离子镀等。

进一步地，本发明采用真空磁控溅射法对轴承内圈100的渗氮层120表面进行处理，得到的镀膜层130进一步提高轴承内圈100表面的表面硬度和耐磨性，降低轴承内圈100表面的摩擦系数，显著提高轴承内圈100表面的抗衬垫刮擦能力。

进一步地，镀膜层130为碳氮化钛涂层或类金刚石涂层。经过物理气相沉积处理的轴承内圈100表面硬度≥1500HV。

本发明提供一种轴承内圈100的制备工艺，其包括制备渗氮层120和制备镀膜层130：

1.制备渗氮层120

采用真空等离子渗氮法在轴承内圈基体110表面制备100～200μm厚度的渗氮层120。研磨抛光轴承内圈100的渗氮层120，使其内球面的Ra≤0.08。通过研磨、抛光等工艺使内圈尺寸和表面粗糙度满足要求。

2.制备镀膜层130

采用真空磁控溅射法在渗氮层120表面制备镀膜层130。

请参阅图4，本发明还提供一种自润滑关节轴承，其包括轴承外圈200、自润滑衬垫300及如上述的轴承内圈100，轴承内圈100套设于轴承外圈200的内部，自润滑衬垫300粘接于轴承外圈200的内壁，并且与轴承内圈100形成一对摩擦副。

自润滑衬垫300具有较低的摩擦系数和较好的耐磨特性，由于它的柔软性能好，所以可作为金属与金属对磨的隔离膜，实现无间隙、无噪音、无油润滑、无需保养、无污染的理想目的。

具有渗氮层120和镀膜层130的轴承内圈100与自润滑衬垫300之间的摩擦系数较小，从而保证球面始终处于光滑的状态，减小自润滑衬垫300的磨损速度，最终延长关节轴承的使用寿命。

进一步地，自润滑衬垫300为聚四氟乙烯织物衬垫或模塑衬垫。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本发明实施例提供一种轴承内圈100及其制备工艺及自润滑关节轴承。

1.制备渗氮层120

采用真空等离子渗氮法在轴承内圈基体110表面制备150μm厚度的渗氮层120。研磨抛光轴承内圈100的渗氮层120。

2.制备镀膜层130

采用真空磁控溅射法在渗氮层120表面制备碳氮化钛涂层。

将轴承外圈200、轴承内圈100和聚四氟乙烯织物衬垫装配成关节轴承。

实施例2

本发明实施例提供一种轴承内圈100及其制备工艺及自润滑关节轴承。

1.制备渗氮层120

采用真空等离子渗氮法在轴承内圈基体110表面制备100μm厚度的渗氮层120。研磨抛光轴承内圈100的渗氮层120。

2.制备镀膜层130

采用真空磁控溅射法在渗氮层120表面制备碳氮化钛涂层。

将轴承外圈200、轴承内圈100和聚四氟乙烯织物衬垫装配成关节轴承。

实施例3

实施例1

本发明实施例提供一种轴承内圈100及其制备工艺及自润滑关节轴承。

1.制备渗氮层120

采用真空等离子渗氮法在轴承内圈基体110表面制备200μm厚度的渗氮层120。研磨抛光轴承内圈100的渗氮层120。

2.制备镀膜层130

采用真空磁控溅射法在渗氮层120表面制备类金刚石涂层。

将轴承外圈200、轴承内圈100和模塑衬垫装配成关节轴承。

对比例1

本发明实施例提供一种轴承内圈100及其制备工艺及自润滑关节轴承。

将轴承外圈200、轴承内圈100和聚四氟乙烯织物衬垫装配成关节轴承。

对比例2

本发明实施例提供一种轴承内圈100及其制备工艺及自润滑关节轴承。

1.制备渗氮层120

采用真空等离子渗氮法在轴承内圈基体110表面制备150μm厚度的渗氮层120。研磨抛光轴承内圈100的渗氮层120。

将轴承外圈200、轴承内圈100和聚四氟乙烯织物衬垫装配成关节轴承。

对比例3

本发明实施例提供一种轴承内圈100及其制备工艺及自润滑关节轴承。

1.制备镀膜层130

采用真空磁控溅射法在轴承内圈基体110表面制备碳氮化钛涂层。

将轴承外圈200、轴承内圈100和聚四氟乙烯织物衬垫装配成关节轴承。

分别取实施例1～3和对比例1～3制得的自润滑关节轴承进行轴承内圈100表面硬度测试和耐磨性测试，如表1所示：

表1轴承内圈100表面硬度测试和耐磨性测试

由实施例1～3与对比例1对比可得，经过渗氮和物理气相沉积双重处理的轴承内圈100的表面硬度能够从440HV提高到1500HV以上，大幅度提高了轴承内圈100的表面硬度，降低轴承内圈100表面的摩擦系数，显著提高轴承内圈100表面的抗衬垫刮擦能力，同时耐磨性提高。由实施例1～3与对比例2、3对比可得，单独经过渗氮或物理气相沉积处理的轴承内圈100的表面硬度只能从440HV提高到950HV左右，效果没有渗氮和物理气相沉积双重处理的好。

综上所述，本发明实施例提供的一种轴承内圈100，用于关节轴承。轴承内圈基体110表面经过渗氮处理形成渗氮层120，能够有效提高轴承内圈基体110表面的表面硬度，渗氮层120表面的镀膜层130能够进一步提高轴承内圈100表面的表面硬度和耐磨性，渗氮层120和镀膜层130的相互作用能够使轴承内圈100表面硬度达到1500HV以上，降低轴承内圈100表面的摩擦系数，提高轴承内圈100表面的抗衬垫刮擦能力。

本发明实施例提供的一种轴承内圈100的制备工艺，通过采用空等离子渗氮法在轴承内圈基体110表面制备渗氮层120，使轴承内圈基体110表面的表面硬度提高，通过研磨、抛光等工艺使内圈尺寸和表面粗糙度满足要求后，再通过采用物理气相沉积法在渗氮层120表面制备镀膜层130，轴承内圈100表面的表面硬度和耐磨性进一步提高。

本发明实施例提供的一种自润滑轴承，具有渗氮层120和镀膜层130的轴承内圈100与自润滑衬垫300之间的摩擦系数较小，从而保证球面始终处于光滑的状态，减小自润滑衬垫300的磨损速度，最终延长关节轴承的使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轴承内圈，其特征在于，所述轴承内圈包括轴承内圈基体和镀膜层，所述轴承内圈基体表面具有经过渗氮处理的渗氮层，所述镀膜层设置于所述渗氮层表面；

所述轴承内圈的表面硬度≥1500HV。

2.根据权利要求1所述的轴承内圈，其特征在于，所述轴承内圈基体的材质为PH13-8Mo不锈钢。

3.根据权利要求1所述的轴承内圈，其特征在于，所述渗氮层的厚度为100～200μm。

4.根据权利要求1所述的轴承内圈，其特征在于，所述镀膜层为碳氮化钛涂层或类金刚石涂层。

5.一种制备如权利要求1～4任一项所述的轴承内圈的制备工艺，其特征在于，所述轴承内圈的制备方法包括采用真空等离子渗氮法在所述轴承内圈基体表面制备所述渗氮层，再采用物理气相沉积法在所述渗氮层表面制备所述镀膜层。

6.根据权利要求5所述的轴承内圈的制备工艺，其特征在于，所述物理气相沉积方法包括真空磁控溅射法。

7.根据权利要求5所述的轴承内圈的制备工艺，其特征在于，所述轴承内圈经过所述真空等离子渗氮法制备所述渗氮层后，表面硬度≥950HV，所述轴承内圈经过所述物理气相沉积法制备所述镀膜层后，表面硬度≥1500HV。

8.一种自润滑关节轴承，其特征在于，所述自润滑关节轴承包括轴承外圈、自润滑衬垫及如权利要求1～4任一项所述的轴承内圈，所述轴承内圈套设于所述轴承外圈的内部，所述自润滑衬垫设置于所述轴承外圈的内壁，并且与所述轴承内圈形成一对摩擦副。

9.根据权利要求8所述的自润滑关节轴承，其特征在于，所述自润滑衬垫粘接于所述轴承外圈的内壁。

10.根据权利要求8所述的自润滑关节轴承，其特征在于，所述自润滑衬垫为聚四氟乙烯织物衬垫或模塑衬垫。