CN110318017B - 一种增韧补强原位反应式微织构自润滑轴承及其制备方法 - Google Patents

一种增韧补强原位反应式微织构自润滑轴承及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增韧补强原位反应式微织构自润滑轴承及其制备方法。该轴承基体材料为含铬合金钢，基体表面为含有PbO、Mo、TiB2、BNNTs、CNTs和石墨烯的立方氮化硼涂层，涂层表面具有微织构；所述涂层采用等离子体真空喷涂方法制备。该方法制备的自润滑轴承整体具有良好的韧性，基体与涂层间具有较强的结合力，氮化硼纳米管(BNNTs)和碳纳米管(CNTs)的添加使得表面立方氮化硼涂层具有良好的韧性、高的硬度和耐磨性；工作过程中，温度较低时，石墨烯能够起到润滑效果，高温时PbO、Mo和TiB2会发生原位反应，生成具有润滑效应的PbMoO4、TiO2、B2O3与微织构协同作用，从而能够减小摩擦磨损，提高轴承寿命。

Description

一种增韧补强原位反应式微织构自润滑轴承及其制备方法
技术领域
本发明属于轴承制造技术领域，特别涉及了一种增韧补强原位反应式微织构自润滑轴承及其制备方法。
背景技术
轴承是工业中使用极其普遍的关键零件，其基本功能是为旋转机械和摆动机械提供受力支撑和运动转换，降低设备在传动过程中的摩擦系数，以保证设备的正常工作。目前使用较多的轴承材料多为金属，金属材料表面硬度相对较低，摩擦系数较大，承载能力较低，磨损比较严重，通常工作过程中需要使用润滑剂。为减少轴承工作过程中的摩擦磨损，提高轴承寿命，近几年开发出一系列新型的自润滑轴承。
中国专利“申请号：CN200910061165.9”报道了一种薄壁镶嵌自润滑轴承及其制造方法，该轴承基材表面加工出盲孔，通过将固体润滑剂压入盲孔中，从而实现轴承的自润滑功能。中国专利“申请号：CN201710541381.8”报道了一种自润滑轴承及其制备方法，通过激光熔覆方法在含铬合金钢轴承基体表面制备出石墨烯/氟化钙/陶瓷自润滑涂层，从而实现轴承本身的自润滑功能。中国专利“申请号：201811564231.X”报道了一种粉末冶金自润滑轴承的制备方法，通过将粉末润滑剂添加至轴承混合粉中，通过冶金烧结制备出自润滑轴承。
发明内容
发明目的：本发明公开了一种增韧补强原位反应式微织构自润滑轴承及其制备方法，轴承整体具有良好的韧性、高的硬度和耐磨性，同时具有自润滑功效，工作过程中能够有效减小摩擦磨损，提高轴承寿命。
技术方案：本发明的一种增韧补强原位反应式微织构自润滑轴承通过以下方式实现：
轴承基体材料为含铬合金钢，基体表面沉积一种增韧补强原位反应式立方氮化硼自润滑涂层，所述涂层采用真空等离子体喷涂技术对立方氮化硼混合粉料进行熔覆制备，所述的立方氮化硼混合粉料中各成分重量百分比为：45-60％CBN、15-20％Ni60A、8-10％WC、3-6％PbO、3-6％Mo、3-8％TiB2、0.5-3％BNNTs、0.5-3％CNTs和0.5-2％石墨烯；熔覆完成后，在轴承表面加工出微织构。
本发明的一种增韧补强原位反应式微织构自润滑轴承的制备方法，包括以下步骤：
1)立方氮化硼层制备
(a)前处理：将轴承基体依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗各20-30min，进行去油污处理；
(b)熔覆立方氮化硼层：配置立方氮化硼混合粉料，混合粉料中各成分重量百分比为：45-60％CBN、15-20％Ni60A、8-10％WC、3-6％PbO、3-6％Mo、3-8％TiB2、0.5-3％BNNTs、0.5-3％CNTs和0.5-2％石墨烯；将配置好的混合粉料装入送粉器中，调整送粉器送粉速率为10-80g/cm3；采用真空等离子喷涂技术将混合粉料熔覆在轴承基体表面；等离子体加工参数如下：功率20-60kW，Ar气流量20-60L/min，H2气流量10-50L/min，扫描速度为2-50mm/s；得到立方氮化硼涂层厚度为1000-5000μm；
(c)后处理：将步骤(b)得到的立方氮化硼涂层表面进行研磨修整，使得涂层总厚度为500-4000μm。
2)微织构制备
采用激光加工技术在制备好的立方氮化硼涂层轴承表面加工出不同几何参数和分布形式的微织构，激光加工参数为：功率20-50W，扫描速度1-100mm/s，频率5-20kHz。
所制备的微织构为沟槽、圆孔、网格中一种或其几种组合，织构槽宽(或直径)为10-100μm，深度为5-100μm，间距为20-300μm。
有益效果：与现有技术相比，本发明的轴承整体具有良好的韧性、高的硬度和耐磨性，同时具有自润滑功效；BNNTs和CNTs的添加显著提高了表面立方氮化硼涂层的韧性和硬度；工作过程中，温度较低时，石墨烯能够起到润滑效果，高温时PbO、Mo和TiB2会发生原位反应，生成具有润滑效应的PbMoO4、TiO2、B2O3与微织构协同作用，使得该轴承能够在较高的温度下具有良好的自润滑作用，从而减小摩擦磨损；本发明轴承采用等离子体真空喷涂方法制备，制备效率高，涂层与基体间具有较强的结合强度；同时，涂层可以达到很大的厚度。
附图说明
图1是本发明的微织构自润滑轴承结构示意图，图2为本发明的深沟球轴承的剖面示意图；其中：1为轴承基体材料，2为立方氮化硼涂层，3为微织构，4为内圈基体；5为外圈基体，6为滚珠。
具体实施方式
实施例1
一种增韧补强原位反应式微织构自润滑轴承，轴承基体材料为含铬合金钢，基体表面沉积一种增韧补强原位反应式立方氮化硼自润滑涂层，所述涂层采用真空等离子体喷涂技术对立方氮化硼混合粉料进行熔覆制备，所述的立方氮化硼混合粉料中各成分重量百分比为：50％CBN、18％Ni60A、10％WC、5％PbO、5％Mo、8％TiB2、2％BNNTs、1.5％CNTs和0.5％石墨烯；熔覆完成后，在轴承表面加工出圆孔状微织构。
本发明的一种增韧补强原位反应式微织构自润滑轴承的制备方法，包括以下步骤：
1)立方氮化硼层制备
(a)前处理：将轴承基体依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗各20min，进行去油污处理；
(b)熔覆立方氮化硼层：配置立方氮化硼混合粉料，混合粉料中各成分重量百分比为：50％CBN、18％Ni60A、10％WC、5％PbO、5％Mo、8％TiB2、2％BNNTs、1.5％CNTs和0.5％石墨烯；将配置好的混合粉料装入送粉器中，调整送粉器送粉速率为20g/cm3；采用真空等离子喷涂技术将混合粉料熔覆在轴承基体表面；等离子体加工参数如下：功率30kW，Ar气流量30L/min，H2气流量10L/min，扫描速度为5mm/s；得到立方氮化硼涂层厚度为1000μm；
(c)后处理：将步骤(b)得到的立方氮化硼涂层表面进行研磨修整，使得涂层总厚度为500μm。
2)微织构制备
采用激光加工技术在制备好的立方氮化硼涂层轴承表面加工出圆孔状微织构，圆孔直径为20μm，深度为50μm，间距为50μm；激光加工参数为：功率20W，扫描速度5mm/s，频率10kHz。
实施例2
一种增韧补强原位反应式微织构自润滑轴承，轴承基体材料为含铬合金钢，基体表面沉积一种增韧补强原位反应式立方氮化硼自润滑涂层，所述涂层采用真空等离子体喷涂技术对立方氮化硼混合粉料进行熔覆制备，所述的立方氮化硼混合粉料中各成分重量百分比为：60％CBN、15％Ni60A、8％WC、3％PbO、3％Mo、5％TiB2、2％BNNTs、2％CNTs、2％石墨烯；熔覆完成后，在轴承表面加工出沟槽状微织构。
本发明的一种增韧补强原位反应式微织构自润滑轴承的制备方法，包括以下步骤：
1)立方氮化硼层制备
(a)前处理：将轴承基体依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗各30min，进行去油污处理；
(b)熔覆立方氮化硼层：配置立方氮化硼混合粉料，混合粉料中各成分重量百分比为：60％CBN、15％Ni60A、8％WC、3％PbO、3％Mo、5％TiB2、2％BNNTs、2％CNTs、2％石墨烯；将配置好的混合粉料装入送粉器中，调整送粉器送粉速率为80g/cm3；采用真空等离子喷涂技术将混合粉料熔覆在轴承基体表面；等离子体加工参数如下：功率60kW，Ar气流量60L/min，H2气流量50L/min，扫描速度为50mm/s；得到立方氮化硼涂层厚度为4000μm；
(c)后处理：将步骤(b)得到的立方氮化硼涂层表面进行研磨修整，使得涂层总厚度为3000μm。
2)微织构制备
采用激光加工技术在制备好的立方氮化硼涂层轴承表面加工出沟槽状微织构，织构槽宽为50μm，深度为100μm，间距为150μm；激光加工参数为：功率50W，扫描速度50mm/s，频率20kHz。

Claims (3)

1.一种增韧补强原位反应式微织构自润滑轴承，轴承基体材料为含铬合金钢，其特征在于：轴承基体表面沉积一种增韧补强原位反应式立方氮化硼自润滑涂层，所述涂层采用真空等离子体喷涂技术对立方氮化硼混合粉料进行熔覆制备，所述的立方氮化硼混合粉料中各成分重量百分比为：45-60% CBN、15-20% Ni60A、8-10% WC、3-6% PbO、3-6% Mo、3-8%TiB2、0.5-3% BNNTs、0.5-3% CNTs和0.5-2% 石墨烯；熔覆完成后，在轴承表面加工出微织构。
2.一种增韧补强原位反应式微织构自润滑轴承的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1) 立方氮化硼层制备
(a) 前处理：将轴承基体依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗各20-30 min，进行去油污处理；
(b) 熔覆立方氮化硼层：配置立方氮化硼混合粉料，混合粉料中各成分重量百分比为：45-60% CBN、15-20% Ni60A、8-10% WC、3-6% PbO、3-6% Mo、3-8% TiB2、0.5-3% BNNTs、0.5-3% CNTs和0.5-2% 石墨烯；将配置好的混合粉料装入送粉器中，调整送粉器送粉速率为10-80 g/cm3；采用真空等离子喷涂技术将混合粉料熔覆在轴承基体表面；等离子体加工参数如下：功率20-60 kW，Ar气流量20-60 L/min，H2气流量10-50 L/min，扫描速度为2-50 mm/s；得到立方氮化硼涂层厚度为1000-5000 μm；
(c) 后处理：将步骤 (b) 得到的立方氮化硼涂层表面进行研磨修整，使得涂层总厚度为500-4000 μm；
2) 微织构制备
采用激光加工技术在制备好的立方氮化硼涂层轴承表面加工出不同几何参数和分布形式的微织构，激光加工参数为：功率20-50 W，扫描速度1-100 mm/s，频率5-20 kHz。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所制备的微织构为沟槽、圆孔、网格中一种或其几种组合，织构槽宽或直径为10-100 μm，深度为5-100 μm，间距为 20-300 μm。
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