專利名稱：具有固體潤滑表面的軸承及軸承部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種具有固體潤滑表面的軸承及軸承部件，特別是關(guān)于表面進(jìn)行滲硫處理的軸承及軸承部件。
通常人們按制造材料的結(jié)構(gòu)把滾動(dòng)及滑動(dòng)軸承(包括軸承部件)分為二大類，即整體結(jié)構(gòu)和復(fù)合結(jié)構(gòu)。整體結(jié)構(gòu)的軸承及軸承部件(以下簡稱為軸承)系冶金結(jié)合組成統(tǒng)一的整體，如


圖1所示，軸承只由基體1組成，常見的這類軸承有GCr15鋼做的滾動(dòng)軸承及由銅合金、灰鑄鐵或銅基、鐵基、鋁基粉末冶金制的滑動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承通常也以低碳合金鋼滲碳淬火制得，如圖2所示，在基材的表層形成冶金結(jié)合的碳化物及馬氏體2，碳的濃度從表面到心部逐漸降低。但上述結(jié)構(gòu)的軸承的摩擦系數(shù)及磨損量較大，壽命較短，尤其是在重載及溫度較高的場合下更為突出。
復(fù)合結(jié)構(gòu)類的軸承系金屬及金屬與化合物之間通過機(jī)械結(jié)合或混合而不借助冶金結(jié)合而制造的，包括以下幾類(a)在軸承基材1表面采用電鍍、沉積、濺射，形成元素或化合物層2，見圖3，如鍍金層及鍍銀層的真空軸承(《機(jī)械工程手冊(cè)》5卷29篇)及TiC沉積層或M0S2濺射層的軸承(《固體潤滑》1986年1期31－36，1988年1期23－27)。(b)現(xiàn)通用的軸瓦一般以鋼為瓦背，如圖4中的基體1所示，銅或鋁或銀為中間層4，最外面是軸承合金或銦鍍層5。(c)基材與潤滑劑的復(fù)合結(jié)構(gòu)(圖5)，如采用自潤滑材料聚四氟乙烯6與鐵元素基材相混合的復(fù)合結(jié)構(gòu)(《潤滑與密封》85年2期25－31)。上述的復(fù)合結(jié)構(gòu)的滾動(dòng)及滑動(dòng)軸承多數(shù)其摩擦系數(shù)及磨損量也較大，壽命較短，而具有金銀及TiC或M0S2層的軸承雖然摩擦系數(shù)小，但僅用于低載荷且工作溫度不太高的環(huán)境下，成本昂貴，不能得到大量應(yīng)用。
因而，本實(shí)用新型的目的是提供一種新型的整體結(jié)構(gòu)的滾動(dòng)滑動(dòng)軸承及軸承部件，(以下簡稱為軸承)，軸承表面為硫化物，摩擦系數(shù)小，可在重載無潤滑油脂及較高溫度下工作，成本低。
為此本實(shí)用新型采用滲硫的方法使軸承的摩擦面上有與軸承基材化合而成的固體潤滑硫化物表層，硫化物密度自表面到心部逐漸降低，含硫化物的層深至少為20μm，硫化物以顆粒形式彌散分布在基體內(nèi)，顆粒大小控制在1μ以下。
下面將結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說明。這里的
圖1至5為先有技術(shù)中軸承表層的結(jié)構(gòu)示意圖，其中
圖1是整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是整體結(jié)構(gòu)表面與心部之間碳化物及馬氏體濃度分布的示意圖；圖3為二層結(jié)構(gòu)機(jī)械結(jié)合式示意圖；圖4為三層結(jié)構(gòu)機(jī)械結(jié)合式示意圖；圖5混合型結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實(shí)用新型中的整體結(jié)構(gòu)的軸承表面硫化物分布示意圖。
圖7為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)軸承最外面為Fe3O4的示意圖。
參見圖6，其中1為基體，其表層布滿了硫化物細(xì)小顆粒7，這些硫化長的顆粒直徑應(yīng)控制在1μ以下，實(shí)驗(yàn)表明，若硫化物在基體內(nèi)以大塊形式出現(xiàn)，則軸承機(jī)械性能下降。一般認(rèn)為在基體內(nèi)存在硫化物是有害的，其與基體結(jié)合的硫化物會(huì)影響機(jī)械性能，希望其含量越低越好，但發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若在基體表面滲硫，與之結(jié)合成小顆粒形式的硫化物，而基體心部仍保持較低的硫化物含量，這樣既可使軸承的機(jī)械能基本不變，而其表面的耐磨性卻大大提高了。試驗(yàn)表明，若硫化層厚度小于20μm時(shí)其固體潤滑性能就差，一般硫化層厚度控制在50μm～150μm，由軸承工作狀態(tài)決定。表面滲硫的方法有好幾種，其中以輝光放電來進(jìn)行滲硫的方法為佳，得到的產(chǎn)品令人滿意。通常以鋼鐵材料制的軸承滲硫以后在硫化層表面進(jìn)行氧化處理，使軸承表面有一層1～5μm厚的He3O4抗銹蝕的潤滑層8，如圖7所示。軸承表面具有硫化物以后形成了固體潤滑表面，摩擦系數(shù)降低1／5～4／5，能承載大的載荷，且能在較高溫度的環(huán)境下工作。以鐵基材料的軸承為例，滲硫后表層生成極小顆粒的硫化亞鐵，其溶點(diǎn)在1000℃以上，在600℃環(huán)境下也能正常工作。
本實(shí)用新型的軸承可以由各種材料制成，應(yīng)用較廣。當(dāng)軸承由銅鎳、鉬、鈷、鈦、鉻、鋅、鋁及其它們的合金制成時(shí)，滲硫以后其表面生成不同的硫化物，以上各種合金包括粉末冶金制品。當(dāng)軸承由鋼、鐵(包括粉末冶金制品)及鋼、鐵(包括粉末冶金制品)滲氮、滲碳、氮碳共滲、滲硼、滲硅材料制造時(shí)，生成鐵的硫化物，主要是硫化亞鐵。若軸承為鋼鐵(包括滲碳、滲氮、氮碳共滲、滲硼、滲硅)；銅及銅合金，鋁及鋁合金，鈦及鈦合金，鉻及鉻合金，鎳及鎳合金，鈷及鈷合金(鈷基硬質(zhì)合金)，鉬及鉬合金，鋅及鋅合金及以上合金的粉末冶金制品，并滲入不同于基體的金屬或鍍上不同于基體元素的金屬，如銅、鉻、鋁、鎳、鈷、鎢等，在這基礎(chǔ)上再滲硫，此時(shí)軸承外表面具有硫與基體化合而形成的固體潤滑表面，其上的硫化物形態(tài)與通常冶金出現(xiàn)的硫化物夾雜完全不同。
本實(shí)用新型所指的軸承及軸承部件，包括去掉軸承而本身具有潤滑表面的機(jī)械零件，以代替軸承或軸承部件。廣義的軸承部件還包括機(jī)床導(dǎo)軌，絲杠，軸，這些部件均要求磨損量小，以保證足夠的加工精度。
下面是對(duì)一系列不同類型的軸承的測試結(jié)果。
1.GCr15鋼203向心球軸承在軸承內(nèi)圈、外圈鋼球或碳鋼保持架的表面具有80μ～120μ的FeS層結(jié)構(gòu)形式如圖6，硫化物層厚度根據(jù)零件及使用狀況不同而異，最外表面經(jīng)氧化處理(可以省去)，使之具有1～5μFe3O4的防銹潤滑層。在ZS／30試驗(yàn)機(jī)上，轉(zhuǎn)速10，000轉(zhuǎn)／分，徑向載荷191kgf，20號(hào)機(jī)油潤滑，平均壽命較沒有潤滑表面的普通軸承的設(shè)計(jì)壽命(100小時(shí))高3.8倍。
2.內(nèi)外圈45，40CrA或65Mn鋼，GCr15球203軸承；軸承內(nèi)、外圈，球或碳鋼保持架的表面結(jié)構(gòu)形式如圖6，并具有80～120μ的FeS硫化物層的厚度，最外表面經(jīng)氧化處理(可以省去)，使之具有1～5μ的Fe3O4的防銹潤滑層。經(jīng)試驗(yàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)／分，徑向載荷191kgf時(shí)，平均壽命超過未經(jīng)滲硫處理的GCr15軸承的設(shè)計(jì)壽命。
3.20鋼，45鋼液體潤滑動(dòng)壓滑動(dòng)軸承(45鋼容易咬合，一般不能做軸承)這類鋼做成的軸承表而具有80～120μ的FeS表面后，使用壽命是青銅軸承的1～5倍。一般在軸承的最外表面還具有1～3μFe3O4防銹潤滑層。
4.灰鐵、球鐵液體潤滑動(dòng)壓軸承灰鐵、球鐵滑動(dòng)軸承經(jīng)滲硫處理后，其表面生成80～120μ的FeS表面，使用壽命是青銅軸承的1～8倍。通常軸承外表面還進(jìn)行氧化處理，使之具有1～3μ結(jié)構(gòu)形式如圖7的Fe3O4防銹潤滑層。
5.銅合金液體潤滑動(dòng)壓軸承銅合金軸承表面，結(jié)構(gòu)形式如圖6，具有60～120μ的FeS表面，使用壽命較普通銅合金軸承高1～3倍。
6.GCr15鋼干摩擦204向心球軸承軸承的內(nèi)、外圈球及保持架的表面結(jié)構(gòu)形式如圖6具有120μ左右的FeS層，最外表面經(jīng)氧化處理再具有1～2μ的Fe3O4防銹潤滑層，干摩擦?xí)r使用壽命較普通沒有潤滑表面的球軸承高10～100倍。
權(quán)利要求1.一種具有固體潤滑表面的軸承及軸承部件，所說的軸承部件包括去掉軸承而本身具有軸承性能的固體潤滑表面機(jī)械零件，其特征在于在軸承及軸承部件的摩擦面上有與軸承和軸承部件基材化合而成的固體潤滑硫化物表層，硫化物的密度自表面至心部逐漸降低，所述的硫化物層深至少為20μm，硫化物顆?？刂圃?μ以下，彌散分布在所說的基體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的具有固體潤滑表面的軸承及軸承部件，其特征在于所述的硫化層深度在50～150μm范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的具有固體潤滑表面的軸承及軸承部件，其特征在于所述的基材可以是鐵、銅、鎳、鉬、鈷、鋅、鋁元素中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的具有固體潤滑表面的軸承及軸承部件，其特征在于所述的基材包括合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所說的具有固體潤滑表面的軸承及軸承部件，其特征在于所說的基材包括粉末冶金制品。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有固體潤滑表面的軸承及軸承部件，其特征在于所述的基體事先可用滲氮，滲碳，氮碳共滲，滲硼，滲硅方法中的一種進(jìn)行處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的具有固體潤滑表面的軸承及軸承部件，其特征在于所述的基體事先再用滲銅、滲鋁、滲鎳、滲鈷、滲鉬、滲鎢方法中的一種進(jìn)行處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的具有固體潤滑表面的軸承及軸承部件，其特征在于所述的基體事先再用鍍鋁、鍍鎳、鍍鈷、鍍鉬、鍍鎢方法中的一種進(jìn)行處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所說的具有固體潤滑表面的軸承及軸承部件，其特征在于所述的基體為鋼或鐵時(shí)摩擦面上還經(jīng)氧化處理，其外表面具有1～5μ的Fe3O4抗銹蝕的潤滑層。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有固體潤滑表面的軸承，包括在軸承摩擦面上作滲硫處理，使摩擦面上有與軸承基材化合而成的固體潤滑表層，硫化物的密度自表面到心部逐漸降低，硫化物的層深至少為20μm，一般為50μm～150μm，由軸承的工作狀態(tài)而定。硫化物顆粒控制在1μm以下，在基體內(nèi)呈彌散分布。制得的軸承摩擦系數(shù)降低1/5～4/5，磨損量較小，特別是可用45號(hào)鋼來作軸承，成本低廉。
文檔編號(hào)F16C33/04GK2042905SQ8822084
公開日1989年8月16日 申請(qǐng)日期1988年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月12日
發(fā)明者張弋飛 申請(qǐng)人:張弋飛