專利名稱：鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在國(guó)際專利分類表中屬于軸承小類，即F16C，特別涉及鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承材料的制法和由此制造的軸承。
背景技術(shù)：
早在20世紀(jì)中葉，英國(guó)格拉西亞(GLACIER)公司發(fā)明了以鋼板為基體，中間燒結(jié)球形青銅粉，表面敷設(shè)燒結(jié)并輥軋減摩耐磨塑料的三層復(fù)合材料，然后卷制成軸套狀自潤(rùn)滑軸承，通常稱作DU軸承。該軸承具有耐磨性能好、摩擦系數(shù)小、低噪音、走合性能好和自潤(rùn)滑的特點(diǎn)。以后又派生出不銹鋼基、銅基的三層復(fù)合軸承。但是，以上軸承有兩個(gè)弱點(diǎn)，一是減摩耐磨塑料層以聚四氟乙烯和鉛為主，工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒的鉛氣體和磨損后的含鉛物質(zhì)，因此在食品機(jī)械、制藥工業(yè)和辦公設(shè)備等綠色環(huán)保領(lǐng)域中，受到排斥；二是本身質(zhì)量大，而且DU中鋼的耐大氣、水分和防銹、防氧化的性能不佳，因此在航空航天等輕量化要求很高的領(lǐng)域中，其應(yīng)用受到了制約。
眾所周知，鋁合金的比重輕，僅為2.7g/mm3。它在大氣中極易氧化而形成一層極致密并且穩(wěn)定的氧化鋁薄膜，因此能有效隔絕鋁與氧氣、水、油的直接接觸。另外，雖然無(wú)鉛球形青銅粉已有市場(chǎng)供應(yīng)，但是減摩耐磨塑料層要做到無(wú)鉛也是并非容易的事，因?yàn)椴缓U時(shí)減摩和耐磨性能會(huì)因無(wú)鉛而下降，探索減摩耐磨材料的配比和制法已成為技術(shù)關(guān)鍵。另外，鋁合金板的熔點(diǎn)為660℃，而青銅粉的熔點(diǎn)卻高達(dá)900℃以上，所以青銅粉與鋁合金基板燒結(jié)的工藝根本無(wú)法實(shí)施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是探求鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承的新制品和新制法。它能保持已有技術(shù)自潤(rùn)滑的特點(diǎn)，又具有質(zhì)量小、無(wú)鉛毒的優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用鋁合金板作為基板和新的制法，以及傳統(tǒng)的用板材制造軸套狀軸承、軸瓦、止推墊片或稱止推軸承的工藝路線。
公開新的技術(shù)方案如下鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承的特征在于軸承由鋁合金板為基體，無(wú)鉛球形青銅粉層和減摩耐磨塑料層依次結(jié)合而成。
所說(shuō)的基體是厚度為0.6～4.8毫米的鋁合金板，與厚度為0.10～0.15毫米的無(wú)鉛球形青銅粉層呈熔融狀態(tài)結(jié)合在一起；減摩耐磨塑料層與無(wú)鉛球形青銅粉層的結(jié)合呈互相嵌入狀態(tài)，減摩耐磨層在無(wú)鉛球形青銅粉層面上的厚度為0.02～0.07毫米。
鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承的表面層減摩耐磨塑料層的組份，按重量百分比計(jì)為無(wú)鉛青銅粉、銻粉、錫粉中的一種或一種以上10～25作為金屬填充劑；石墨、二硫化鉬、氟化鈣中的一種或一種以上粉料或纖維10～30，作為無(wú)機(jī)填充劑；聚芳砜、聚酰亞胺、聚羥基苯甲酰、聚苯硫醚中的一種或一種以上10～25，作為有機(jī)填充劑；余量為聚四氟乙烯。
鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承材料的制法是A、制備鋁基球粉板①按所需規(guī)格剪取鋁合金板基體材料，然后將其一個(gè)表面砂毛或噴砂處理，最后清洗并烘干；②采用熱噴涂工藝將100～140目的無(wú)鉛球形青銅粉噴涂在基體上，控制無(wú)鉛球形青銅粉層的厚度在0.10～0.15毫米范圍；B、制備減摩耐磨塑料層材料①配料按前述重量百分比分別配聚四氟乙烯、金屬填充劑、無(wú)機(jī)及有機(jī)填充劑粉料或纖維料；②攪拌，將除聚四氟乙烯外的粉料或纖維料混合攪拌三次，每次5～10分鐘，成為混合物，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速2000～4000轉(zhuǎn)/分，三次過篩，篩目60以上；③制乳液，將聚四氟乙烯制成含固量為60％的乳液；④制可鋪展軟體，將上述混合物和乳液混合，在轉(zhuǎn)速為20～60轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢铏C(jī)內(nèi)攪拌5～10分鐘，環(huán)境溫度15～25℃；C、制三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承材料①鋪軋，將可鋪展軟體鋪軋?jiān)谇蚍郯迳?，使其部分輥軋?jiān)跓o(wú)鉛球形青銅粉的空隙中，呈互相嵌合狀態(tài)，成為減摩耐磨塑料層，該層此時(shí)高出銅粉層0.06～0.10毫米；②烘干，在220～280℃溫度下，烘20～30分鐘，以乳液中水份完全蒸發(fā)為準(zhǔn)；
③燒結(jié)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)燒結(jié)爐中的燒結(jié)，燒結(jié)溫度370～380℃，時(shí)間36～45分鐘，氮?dú)饧兌?9.9％以上，流量根據(jù)不同燒結(jié)爐而定，以不氧化為最小流量；④終軋，將燒結(jié)后的板材軋至成品板材的厚度，軋制量在0.01毫米以上，此時(shí)銅粉層上減摩耐磨塑料層厚度為0.02～0.07毫米。
按照本發(fā)明工藝路線制成的軸承，包括軸套狀軸承、軸瓦和止推軸承，還可以做成形狀和滑板一類的摩擦部位結(jié)構(gòu)零件。其主要型式軸承是以板材沖剪展開長(zhǎng)度后用模具卷制、整形并機(jī)械加工而成。軸承的內(nèi)徑為Φ5mm至Φ150mm；壁厚為0.75mm至5.0mm；寬度為5mm至200mm；軸承有一條與軸線平行的工藝開口縫。這種軸承不但具有DU軸承所有應(yīng)用特點(diǎn)，可應(yīng)用于各種機(jī)械的回轉(zhuǎn)、搖擺或往復(fù)運(yùn)動(dòng)，例如汽車、摩托車、紡織機(jī)械、液壓元件、壓力機(jī)械、健身器材；更具有質(zhì)量輕、無(wú)鉛害和耐水、氣、防銹、防氧化的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于航空航天領(lǐng)域，以及衛(wèi)生環(huán)保要求較高的行業(yè)，例如食品和飲料機(jī)械、制藥機(jī)械、家用電器、健身器械、辦公設(shè)備、包括轎車門鉸鏈和座椅等場(chǎng)合。


圖1是本發(fā)明軸套狀軸承的剖面示意圖。
圖2是圖1的左視圖。
圖3是本發(fā)明軸瓦剖面示意圖。
圖4是圖3的左視圖。
圖5是本發(fā)明止推軸承即止推墊片的剖面示意圖。
圖6是圖5的左視圖。
圖7是圖1的軸向剖面的金相結(jié)構(gòu)圖，顯示球形青銅粉與鋁合金基板的結(jié)合狀態(tài)；還顯示了減摩耐磨材料與球形青銅粉互相嵌合的狀態(tài)。
在圖1-7中1，基體2，無(wú)鉛球形青銅粉層3，減摩耐磨塑料層4，工藝開口縫。
圖8以卷制軸承為例的工藝流程方框示意圖。軸瓦和止推墊片的工序在制得三層復(fù)合板材后與相應(yīng)傳統(tǒng)工藝相同。
具體實(shí)施例方式
鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承，由鋁合金板為基體1，無(wú)鉛球形青銅粉層2和減摩耐磨塑料層3依次結(jié)合而成。
A、所說(shuō)的基體1為鋁合金板的厚度為0.6～4.8毫米，與厚度為0.10～0.15毫米的無(wú)鉛球形青銅粉層2呈熔融狀態(tài)結(jié)合在一起；
B、減摩耐磨塑料層3與無(wú)鉛球形青銅粉層2的結(jié)合呈互相嵌入狀態(tài)，減摩耐磨塑料層3在無(wú)鉛球形青銅粉層2面上的厚度為0.02～0.07毫米。
鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承的減摩耐磨塑料層3的組份，按重量百分比計(jì)為A、無(wú)鉛青銅粉、銻粉、錫粉中的一種或一種以上10～25作為金屬填充劑；B、石墨、二硫化鉬、氟化鈣中的一種或一種以上粉料或纖維10～30，作為無(wú)機(jī)填充劑；C、聚芳砜、聚酰亞胺、聚羥基苯甲酰、聚苯硫醚中的一種或一種以上10～25，作為有機(jī)填充劑；D、余量為聚四氟乙烯。
鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承材料的制法A、制備鋁基球粉板①按所需規(guī)格剪取鋁合金板，然后將其一個(gè)表面砂毛或噴砂處理，最后清洗并烘干；②采用熱噴涂工藝將100～140目的無(wú)鉛球形青銅粉噴涂在基體上，控制無(wú)鉛球形青銅粉層2的厚度在0.10～0.15毫米范圍；B、制備減摩耐磨塑料層材料①配料按前述重量百分比分別配聚四氟乙烯、金屬填充劑、無(wú)機(jī)及有機(jī)填充劑粉料或纖維料；②攪拌，將除聚四氟乙烯外的粉料或纖維料混合攪拌三次，每次5～10分鐘，成為混合物，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速2000～4000轉(zhuǎn)/分，三次過篩，篩目60以上；③制乳液，將聚四氟乙烯制成含固量為60％的乳液；④制可鋪展軟體，將上述混合物和乳液混合，在轉(zhuǎn)速為20～60轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢铏C(jī)內(nèi)攪拌5～10分鐘，環(huán)境溫度15～25℃；C、制三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承材料①鋪軋，將可鋪展軟體鋪軋?jiān)谇蚍郯迳?，使其部分輥軋?jiān)跓o(wú)鉛球形青銅粉的空隙中，呈互相嵌合狀態(tài)，成為減摩耐磨塑料層3，該層此時(shí)高出銅粉層2的0.06～0.10毫米；②烘干，在220～280℃溫度下，烘20～30分鐘，以乳液中水份完全蒸發(fā)為準(zhǔn)；③燒結(jié)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)燒結(jié)爐中的燒結(jié)，燒結(jié)溫度370～380℃，時(shí)間36～45分鐘，氮?dú)饧兌?9.9％以上，流量根據(jù)不同燒結(jié)爐而定，以不氧化為最小流量；
④終軋，將燒結(jié)后的板材軋至成品板材的厚度，軋制量在0.01毫米以上，此時(shí)銅粉層上減摩耐磨塑料層厚度為0.02～0.07毫米。
鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承，在三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承材料的制法中，可在烘干和燒結(jié)兩工序之間增加中軋工序，軋制量為0.02～0.04毫米。
鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承的主要性能指標(biāo)決定于減摩耐磨塑料層的材料組成和配比，產(chǎn)品的具體制造工序與傳統(tǒng)產(chǎn)品工藝大致相同?，F(xiàn)在舉例說(shuō)明材料配方實(shí)施例1，材料配方按重量比青銅粉20％、二硫化鉬15％、碳纖維10％聚羥基苯甲酰20％、余量為聚四氟乙烯。
實(shí)施例2，材料配方按重量比銻粉20％、石墨10％、氟化鈣10％、聚苯硫醚15％、余量為聚四氟乙烯。
實(shí)施例3，材料配方按重量比錫粉20％、二硫化鉬15％、聚羥基苯甲酰10％、聚酰亞胺15％、余量為聚四氟乙烯。
按照這樣的材料組分，最后做成規(guī)格為外徑×內(nèi)徑×高度＝Φ39 ×Φ35×20的滑動(dòng)軸承試樣，在MPV-20摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，工況條件無(wú)潤(rùn)滑，給定速度0.5m/s，逐級(jí)加載，試驗(yàn)極限時(shí)間2小時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果見下表。
極限PV試驗(yàn)比較情況表

從以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，雖然塑料層組分不同，實(shí)施例1和實(shí)施例3都達(dá)了國(guó)際上DU產(chǎn)品PV極限值為3.6N/mm2·m/s的要求以上；實(shí)施例2的PV值稍低一些；三個(gè)實(shí)施例的摩擦系數(shù)均在0.2以下，比較理想。磨損量指標(biāo)實(shí)施例2稍差為0.045mm，其余兩個(gè)均在0.03mm以下，比較理想。兩個(gè)實(shí)施例溫度在120℃以下，實(shí)施例2溫度超過120℃而試驗(yàn)中止。
以上三個(gè)實(shí)施例總的來(lái)講還是不錯(cuò)的，其中實(shí)施例2可以在材料組分上作進(jìn)一步篩選和探索。綜上所述本發(fā)明已經(jīng)具備摩擦磨損性能與DU軸承相仿，而更具輕量化、耐腐蝕和綠色環(huán)保的優(yōu)良特性，該產(chǎn)品預(yù)期具有廣闊的推廣應(yīng)用前景，造福于人類。
權(quán)利要求
1.一種鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承，其特征在于軸承由鋁合金板為基體(1)、無(wú)鉛球形青銅粉層(2)和減摩耐磨塑料層(3)依次結(jié)合而成A、所說(shuō)的基體(1)是厚度為0.6～4.8毫米的鋁合金板，與厚度為0.10～0.15毫米的無(wú)鉛球形青銅粉層(2)呈熔融狀態(tài)結(jié)合在一起；B、減摩耐磨塑料層(3)與無(wú)鉛球形青銅粉層(2)的結(jié)合呈互相嵌入狀態(tài)，減摩耐磨塑料層(3)在無(wú)鉛球形青銅粉層(2)面上的厚度為0.02～0.07毫米。
2.如權(quán)利要求1所述的鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承，其特征在于減摩耐磨塑料層(3)的組份，按重量百分比計(jì)為A、無(wú)鉛青銅粉、銻粉、錫粉中的一種或一種以上10～25作為金屬填充劑；B、石墨、二硫化鉬、氟化鈣中的一種或一種以上粉料或纖維10～30，作為無(wú)機(jī)填充劑；C、聚芳砜、聚酰亞胺、聚羥基苯甲酰、聚苯硫醚中的一種或一種以上10～25，作為有機(jī)填充劑；D、余量為聚四氟乙烯。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承，其特征在于鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承材料的制法A、制備鋁基球粉板①按所需規(guī)格剪取鋁合金板基體(1)，然后將其一個(gè)表面砂毛或噴砂處理，最后清洗并烘干；②采用熱噴涂工藝將100～140目的無(wú)鉛球形青銅粉噴涂在基體(1)上，控制無(wú)鉛球形青銅粉層(2)的厚度在0.10～0.15毫米范圍；B、制備減摩耐磨塑料層材料①配料，按前述重量百分比分別配聚四氟乙烯、金屬填充劑、無(wú)機(jī)及有機(jī)填充劑粉料或纖維料；②攪拌，將除聚四氟乙烯外的粉料或纖維料混合攪拌三次，每次5～10分鐘，成為混合物，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速2000～4000轉(zhuǎn)/分，三次過篩，篩目60以上；③制乳液，將聚四氟乙烯制成含固量為60％的乳液；④制可鋪展軟體，將上述混合物和乳液混合，在轉(zhuǎn)速為20～60轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢铏C(jī)內(nèi)攪拌5～10分鐘，環(huán)境溫度15～25℃；C、制三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承材料①鋪軋，將可鋪展軟體鋪軋?jiān)谇蚍郯迳?，使其部分輥軋?jiān)跓o(wú)鉛球形青銅粉的空隙中，呈互相嵌合狀態(tài)，成為減摩耐磨塑料層，該層此時(shí)高出銅粉層0.06～0.10毫米；②烘干，在220～280℃溫度下，烘20～30分鐘，以乳液中水份完全蒸發(fā)為準(zhǔn)；③燒結(jié)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)燒結(jié)爐中的燒結(jié)，燒結(jié)溫度370～380℃，時(shí)間36～45分鐘，氮?dú)饧兌?9.9％以上，流量根據(jù)不同燒結(jié)爐而定，以不氧化為最小流量；④終軋，將燒結(jié)后的板材軋至成品板材的厚度，軋制量在0.01毫米以上，此時(shí)銅粉層上減摩耐磨塑料層厚度為0.02～0.07毫米。
4.如權(quán)利要求3所述的鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承，其特征是三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承材料的制法中，可在烘干和燒結(jié)兩工序之間增加中軋工序，軋制量為0.02～0.04毫米。
5.如權(quán)利要求1或2所述的鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承，其特征在于形狀有軸套狀軸承、軸瓦和止推軸承，還可以做成形狀如滑板一類的摩擦部位結(jié)構(gòu)零件，其主要型式軸承是以板材沖剪展開長(zhǎng)度后用模具卷制、整形并機(jī)械加工而成，軸承的內(nèi)徑為Φ5mm至Φ150mm；壁厚為0.75mm至5.0mm；寬度為5mm至200mm；軸承有一條與軸線平行的工藝開口縫(4)。
6.如權(quán)利要求3所述的鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承，其特征在于形狀有軸套狀軸承、軸瓦和止推軸承，還可以做成形狀如滑板一類的摩擦部位結(jié)構(gòu)零件，其主要型式軸承是以板材沖剪展開長(zhǎng)度后用模具卷制、整形并機(jī)械加工而成，軸承的內(nèi)徑為Φ5mm至Φ150mm；壁厚為0.75mm至5.0mm；寬度為5mm至200mm；軸承有一條與軸線平行的工藝開口縫(4)。
全文摘要
鋁基三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承是以鋁合金板為基體，在基體的工作表面上結(jié)合一層厚度為0.10～0.15mm的無(wú)鉛球形青銅粉，在球形青銅粉上面覆蓋一層厚度為0.02～0.07mm的由聚四氟乙烯和青銅粉、二硫化鉬、碳纖維等填充材料所組成的減摩耐磨塑料層。由此制造的本發(fā)明公開了不含鉛減摩耐磨塑料層的組分及制備方法。和目前國(guó)際上的DU軸承相比，不但具有DU軸承耐磨性能好、摩擦系數(shù)小、低噪音、走合性能好、自潤(rùn)滑等所有特點(diǎn)，又有更為優(yōu)良的輕量化、耐腐蝕、無(wú)鉛毒的工作特點(diǎn)。特別適用于諸如航空航天領(lǐng)域等對(duì)輕量化要求極高的場(chǎng)合中應(yīng)用，同時(shí)可在不能使用DU軸承而要求衛(wèi)生環(huán)保的食品和飲料機(jī)械、制藥機(jī)械、家用電器、健身器械、辦公設(shè)備行業(yè)應(yīng)用。
文檔編號(hào)F16C33/14GK1991188SQ20051006232
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者孫志華 申請(qǐng)人:浙江長(zhǎng)盛滑動(dòng)軸承有限公司