一種具有新型摩擦副的橋梁支座的制作方法

本發明涉及橋梁工程技術領域，是一種具有新型摩擦副橋梁支座。

背景技術：

作為“橋梁關節”的橋梁支座已經在公路、鐵路等橋梁工程中大規模使用。摩擦副作為支座的核心部件，能夠實現支座的滑動和轉動功能。因此要求摩擦副必須具備低摩擦系數、高耐磨性能、優異的耐蝕性能。

目前橋梁支座中使用的摩擦副是由不銹鋼板或鍍硬鉻與聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯滑板構成。不銹鋼滑板成型過程包含下料、成型、焊接甚至打磨等工序，根據成型尺寸不同要制造不同的模具，成型大尺寸不銹鋼時需要專用大型成型設備，成型工藝復雜、難度大、成型效率低。支座滑動或轉動面鍍鉻時，鍍鉻過程中使用的電解液是由劇毒的鉻酐配置，在鍍鉻過程中有2/3的鉻酐消耗在廢水或廢氣中，大量的廢水和廢氣對環境造成了嚴重的污染。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明提供一種具有新型摩擦副橋梁支座，在橋梁支座的轉動和滑動面成型減摩耐磨耐蝕陶瓷材料，該材料與非金屬滑板構成橋梁支座的新型摩擦副。

為實現上述技術目的，所采用的技術方案是：一種具有新型摩擦副橋梁支座，設有支座主體，在支座主體內設有摩擦副，所述摩擦副是由減摩耐磨耐蝕陶瓷層與非金屬滑板相互貼合構成。

本發明所述的減摩耐磨耐蝕陶瓷層由氧化鋁、氧化鈦、二氧化硅以及摩擦性能調節劑組成，其重量百分比為氧化鋁Al₂O₃ 40~80wt%、氧化鈦TiO₂3~40wt%、二氧化硅SiO₂ 4~10wt%、摩擦性能調節劑13~17 wt %。

本發明所述的摩擦性能調劑為二硫化鉬、石墨、石墨烯、納米銅粉中的任意兩種或兩種以上的組合。

本發明所述的減摩耐磨耐蝕陶瓷層厚度為0.01~2毫米。

本發明所述的減摩耐磨耐蝕陶瓷層主要用于支座的平面摩擦副、曲面摩擦副和導向摩擦副。

本發明所述的減摩耐磨耐蝕陶瓷層采用熱噴涂的成型方式，熱噴涂方式包括等離子噴涂、超音速火焰噴涂和熱熔敷噴涂。

本發明所述的非金屬滑板的材質為熱塑性聚合物材料，其包括聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、尼龍、聚甲醛或聚酯的其中一種或一種以上組合而成，通過向熱塑性聚合物材料添加有機或無機改性填料進行改性獲得非金屬滑板。

本發明所述在支座主體主要是指支座的上座板、中座板、下座板，其材料主要是碳鋼或鑄鋼。

本發明所述的減摩耐磨耐蝕陶瓷層與非金屬滑板之間加設硅脂。

本發明有益效果是：

本發明采用的熱噴涂方式制備減摩耐磨耐蝕陶瓷層與非金屬滑板構成新型摩擦副，代替目前橋梁支座上所用的不銹鋼或鍍鉻與非金屬滑板構成的摩擦副，具有如下優點：

（1）成型工藝簡單、成型效率高；采用熱噴涂成型減摩耐磨耐蝕陶瓷層只需要對工件進行預處理，然后直接進行熱噴涂成型，工藝簡單，效率高，并且在熱噴涂過程中無污染；而目前采用焊接不銹鋼需要經過下料、成型、焊接，尤其是大尺寸不銹鋼成型時，需要對不銹鋼板焊接來保證滑板尺寸，然后對焊縫打磨，再成型、焊接，工序多且工藝復雜，成型效率低。采用熱噴涂成型減摩耐磨耐蝕陶瓷層解決了目前不銹鋼成型工藝復雜、大尺寸成型困難、效率低和鍍鉻對環境嚴重污染的問題。

（2）摩擦系數低：減摩耐磨耐蝕陶瓷層與非金屬滑板組成的摩擦副具有摩擦系數低的特點，能夠實現支座的轉動和滑動功能。

（3）高耐磨性能：減摩耐磨耐蝕陶瓷層的硬度遠高于不銹鋼的硬度，使得陶瓷層的耐磨性能相對于不銹鋼滑板的耐磨性能有了極大的提高。

（4）優異的耐蝕性能：減摩耐磨耐蝕陶瓷層的主要成分無機氧化物，采用多種無機氧化物復合而成，能夠提高陶瓷層的韌性，降低陶瓷層的孔隙率，增大陶瓷層的密實度，加以無機氧化物的不腐蝕特性保證了陶瓷層極佳的耐蝕性能；而不銹鋼在成型時尤其是大尺寸不銹鋼要進行焊接、打磨等工序，這些工序將不銹鋼表面的耐蝕層破壞，降低了不銹鋼的耐蝕性能。

（5）環境友好性：減摩耐磨耐蝕陶瓷層在成型時對環境無污染，而采用鍍鉻成型時，電解液產生的廢水、廢氣等對環境污染嚴重。

附圖說明

圖1為球型支座的剖視結構示意圖；

圖中：1上座板，2、平面新型摩擦副，3、中座板，4、曲面新型摩擦副，5、下座板，6、導向摩擦副。

具體實施方式

結合附圖對本發明加以說明；

實施例1

減摩耐磨耐蝕陶瓷層由氧化鋁Al₂O₃含量為80%,二氧化鈦TiO₂含量3%、二氧化硅SiO₂含量4%、二硫化鉬MoS₂含量10%、石墨C含量3%制成。利用等離子噴涂方法在支座上座板1滑動平面、中座板3轉動曲面上及導向結構6成型陶瓷層，陶瓷層厚度0.5mm。上座板1的陶瓷層與改性超高分子量聚乙烯構成平面新型摩擦副2、中座板3上的陶瓷層與改性超高分子量聚乙烯滑板構成曲面新型摩擦副4、導向結構與改性超高分子量聚乙烯滑板構成導向摩擦副6。

經測試，本實施例中的減摩耐磨耐蝕陶瓷層在成型時直接在成型位置熱噴涂，設備和工藝簡單，一次成型。減摩耐磨耐蝕陶瓷層表面硬度平均值1150HV，與支座主體的結合強度大于60MPa；陶瓷層的孔隙率為小于6%；在硅脂潤滑條件下與超高分子聚乙烯的摩擦系數為0.007；支座轉動時的實際轉動力矩遠遠小于設計值，具有轉動靈活的特性；試驗后減摩耐磨耐蝕陶瓷層表面無明顯的摩擦痕跡。

實施例2

減摩耐磨耐蝕陶瓷層由氧化鋁Al₂O₃含量為65%,二氧化鈦TiO₂含量13%、二氧化硅SiO₂含量5%、納米銅粉Cu含量10%、石墨C含量7%制成。利用等離子噴涂方法噴涂到支座上座板1滑動平面和中座板3轉動曲面上，涂層厚度1mm。上座板1的陶瓷層與聚四氟乙烯滑板構成平面新型摩擦副2、中座板3上的陶瓷層與聚四氟乙烯滑板構成曲面新型摩擦副4、導向結構與聚四氟乙烯滑板構成導向摩擦副6。

經測試，本實施例中的減摩耐磨耐蝕陶瓷層在成型時直接在成型位置熱噴涂，設備和工藝簡單，一次成型。減摩耐磨耐蝕陶瓷層表面硬度平均值1030HV，與支座主體的結合強度大于70MPa；陶瓷層的孔隙率為小于5%；在硅脂潤滑條件下與聚四氟乙烯滑板的摩擦系數為0.008；支座轉動時的實際轉動力矩遠遠小于設計值，具有轉動靈活的特性；試驗后減摩耐磨耐蝕陶瓷層表面無明顯的摩擦痕跡。

實施例3

減摩耐磨耐蝕陶瓷層由氧化鋁Al₂O₃含量為50%,二氧化鈦TiO₂含量25%、二氧化硅SiO₂含量10%、二硫化鉬5%、石墨烯含量5%、納米銅粉含量5%制成。利用等離子噴涂方法噴涂到支座上座板1滑動平面和中座板3轉動曲面上，涂層厚度1.2mm。上座板1的陶瓷層與聚四氟乙烯滑板構成平面新型摩擦副2、中座板3上的陶瓷層與聚四氟乙烯滑板構成曲面新型摩擦副4、導向結構與聚四氟乙烯滑板構成導向摩擦副6。

經測試，本實施例中的減摩耐磨耐蝕陶瓷層在成型時直接在成型位置熱噴涂，設備和工藝簡單，一次成型。減摩耐磨耐蝕陶瓷層表面硬度平均值980HV，與支座主體的結合強度大于75MPa；陶瓷層的孔隙率為小于4%；在干摩擦條件下與聚四氟乙烯滑板的摩擦系數為0.008；支座轉動時的實際轉動力矩遠遠小于設計值，具有轉動靈活的特性；試驗后減摩耐磨耐蝕陶瓷層表面無明顯的摩擦痕跡。

實施例4

減摩耐磨耐蝕陶瓷層由氧化鋁Al₂O₃含量為45%,二氧化鈦TiO₂含量30%、二氧化硅SiO₂含量10%、納米銅粉7%、石墨烯8%制成。利用等離子噴涂方法噴涂到支座上座板1滑動平面和中座板3轉動曲面上，涂層厚度2mm。上座板1上的陶瓷層與改性超高分子量聚乙烯滑板構成平面新型摩擦副2、中座板3上的陶瓷層與聚四氟乙烯滑板構成曲面新型摩擦副4。

經測試，本實施例中的減摩耐磨耐蝕陶瓷層在成型時直接在成型位置熱噴涂，設備和工藝簡單，一次成型。減摩耐磨耐蝕陶瓷層表面硬度平均值950HV，與支座主體的結合強度大于70MPa；陶瓷層的孔隙率為小于3%；在干摩擦條件下與聚四氟乙烯滑板的摩擦系數為0.007；支座轉動時的實際轉動力矩遠遠小于設計值，具有轉動靈活的特性；試驗后減摩耐磨耐蝕陶瓷層表面無明顯的摩擦痕跡。

實施例5

減摩耐磨耐蝕陶瓷層氧化鋁Al₂O₃含量為40%,二氧化鈦TiO₂含量40%、二氧化硅SiO₂含量6%、二硫化鉬含量5%、納米銅粉5%、石墨4%。利用等離子噴涂方法噴涂到支座上座板1滑動平面和中座板3轉動曲面上，涂層厚度2mm。上座板1上的陶瓷層與改性超高分子量聚乙烯滑板構成平面新型摩擦副2、中座板3上的陶瓷層與聚四氟乙烯滑板構成曲面新型摩擦副4。

經測試，本實施例中的減摩耐磨耐蝕陶瓷層在成型時直接在成型位置熱噴涂，設備和工藝簡單，一次成型。減摩耐磨耐蝕陶瓷層表面硬度平均值900HV，與支座主體的結合強度大于75MPa；陶瓷層的孔隙率為小于3%；在干摩擦條件下與聚四氟乙烯滑板的摩擦系數為0.008；支座轉動時的實際轉動力矩遠遠小于設計值，具有轉動靈活的特性；試驗后減摩耐磨耐蝕陶瓷層表面無明顯的摩擦痕跡。

試驗結果對比匯總表