專利名稱：鋁基三層復合自潤滑軸承及其制法的制作方法
技術領域：
本發明在國際專利分類表中屬于軸承小類，即F16C，特別涉及鋁基三層復合自潤滑軸承材料的制法和由此制造的軸承。
背景技術：
早在20世紀中葉，英國格拉西亞(GLACIER)公司發明了以鋼板為基體，中間燒結球形青銅粉，表面敷設燒結并輥軋減摩耐磨塑料的三層復合材料，然后卷制成軸套狀自潤滑軸承，通常稱作DU軸承。該軸承具有耐磨性能好、摩擦系數小、低噪音、走合性能好和自潤滑的特點。以后又派生出不銹鋼基、銅基的三層復合軸承。但是，以上軸承有兩個弱點，一是減摩耐磨塑料層以聚四氟乙烯和鉛為主，工作時會產生有毒的鉛氣體和磨損后的含鉛物質，因此在食品機械、制藥工業和辦公設備等綠色環保領域中，受到排斥；二是本身質量大，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域中，其應用受到了制約。
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，雖然無鉛球形青銅粉已有市場供應，但是減摩耐磨塑料層要做到無鉛也是并非容易的事，因為不含鉛時減摩和耐磨性能會因無鉛而下降，探索減摩耐磨材料的配比和制法已成為技術關鍵。另外，鋁合金板的熔點為660℃，而青銅粉的熔點卻高達900℃以上，所以青銅粉與鋁合金基板燒結的工藝根本無法實施。
發明內容
本發明的目的是探求鋁基三層復合自潤滑軸承的新制品和新制法。它能保持已有技術自潤滑的特點，又具有質量小、無鉛毒的優點。
為實現上述目的，采用鋁合金板作為基板和新的制法，以及傳統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。
公開新的技術方案如下鋁基三層復合自潤滑軸承的特征在于軸承由鋁合金板為基體，無鉛球形青銅粉層和減摩耐磨塑料層依次結合而成。
所說的基體是厚度為0.6～4.8毫米的鋁合金板，與厚度為0.10～0.15毫米的無鉛球形青銅粉層呈熔融狀態結合在一起；減摩耐磨塑料層與無鉛球形青銅粉層的結合呈互相嵌入狀態，減摩耐磨層在無鉛球形青銅粉層面上的厚度為0.02～0.07毫米。
鋁基三層復合自潤滑軸承的表面層減摩耐磨塑料層的組份，按重量百分比計為無鉛青銅粉、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，作為無機填充劑；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，作為有機填充劑；余量為聚四氟乙烯。
鋁基三層復合自潤滑軸承材料的制法是A、制備鋁基球粉板①按所需規格剪取鋁合金板基體材料，然后將其一個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目的無鉛球形青銅粉噴涂在基體上，控制無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、無機及有機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，攪拌機轉速2000～4000轉/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，在轉速為20～60轉/分攪拌機內攪拌5～10分鐘，環境溫度15～25℃；C、制三層復合自潤滑軸承材料①鋪軋，將可鋪展軟體鋪軋在球粉板上，使其部分輥軋在無鉛球形青銅粉的空隙中，呈互相嵌合狀態，成為減摩耐磨塑料層，該層此時高出銅粉層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為準；
③燒結，在氮氣保護燒結爐中的燒結，燒結溫度370～380℃，時間36～45分鐘，氮氣純度99.9％以上，流量根據不同燒結爐而定，以不氧化為最小流量；④終軋，將燒結后的板材軋至成品板材的厚度，軋制量在0.01毫米以上，此時銅粉層上減摩耐磨塑料層厚度為0.02～0.07毫米。
按照本發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構零件。其主要型式軸承是以板材沖剪展開長度后用模具卷制、整形并機械加工而成。軸承的內徑為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軸承所有應用特點，可應用于各種機械的回轉、搖擺或往復運動，例如汽車、摩托車、紡織機械、液壓元件、壓力機械、健身器材；更具有質量輕、無鉛害和耐水、氣、防銹、防氧化的優點，特別適用于航空航天領域，以及衛生環保要求較高的行業，例如食品和飲料機械、制藥機械、家用電器、健身器械、辦公設備、包括轎車門鉸鏈和座椅等場合。
圖1是本發明軸套狀軸承的剖面示意圖。
圖2是圖1的左視圖。
圖3是本發明軸瓦剖面示意圖。
圖4是圖3的左視圖。
圖5是本發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構圖，顯示球形青銅粉與鋁合金基板的結合狀態；還顯示了減摩耐磨材料與球形青銅粉互相嵌合的狀態。
在圖1-7中1，基體2，無鉛球形青銅粉層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合板材后與相應傳統工藝相同。
具體實施例方式
鋁基三層復合自潤滑軸承，由鋁合金板為基體1，無鉛球形青銅粉層2和減摩耐磨塑料層3依次結合而成。
A、所說的基體1為鋁合金板的厚度為0.6～4.8毫米，與厚度為0.10～0.15毫米的無鉛球形青銅粉層2呈熔融狀態結合在一起；
B、減摩耐磨塑料層3與無鉛球形青銅粉層2的結合呈互相嵌入狀態，減摩耐磨塑料層3在無鉛球形青銅粉層2面上的厚度為0.02～0.07毫米。
鋁基三層復合自潤滑軸承的減摩耐磨塑料層3的組份，按重量百分比計為A、無鉛青銅粉、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，作為無機填充劑；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，作為有機填充劑；D、余量為聚四氟乙烯。
鋁基三層復合自潤滑軸承材料的制法A、制備鋁基球粉板①按所需規格剪取鋁合金板，然后將其一個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目的無鉛球形青銅粉噴涂在基體上，控制無鉛球形青銅粉層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、無機及有機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，攪拌機轉速2000～4000轉/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，在轉速為20～60轉/分攪拌機內攪拌5～10分鐘，環境溫度15～25℃；C、制三層復合自潤滑軸承材料①鋪軋，將可鋪展軟體鋪軋在球粉板上，使其部分輥軋在無鉛球形青銅粉的空隙中，呈互相嵌合狀態，成為減摩耐磨塑料層3，該層此時高出銅粉層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為準；③燒結，在氮氣保護燒結爐中的燒結，燒結溫度370～380℃，時間36～45分鐘，氮氣純度99.9％以上，流量根據不同燒結爐而定，以不氧化為最小流量；
④終軋，將燒結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。
鋁基三層復合自潤滑軸承，在三層復合自潤滑軸承材料的制法中，可在烘干和燒結兩工序之間增加中軋工序，軋制量為0.02～0.04毫米。
鋁基三層復合自潤滑軸承的主要性能指標決定于減摩耐磨塑料層的材料組成和配比，產品的具體制造工序與傳統產品工藝大致相同。現在舉例說明材料配方實施例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，最后做成規格為外徑×內徑×高度＝Φ39 ×Φ35×20的滑動軸承試樣，在MPV-20摩擦磨損試驗機上進行試驗，工況條件無潤滑，給定速度0.5m/s，逐級加載，試驗極限時間2小時，試驗結果見下表。
極限PV試驗比較情況表
從以上試驗數據可見，雖然塑料層組分不同，實施例1和實施例3都達了國際上DU產品PV極限值為3.6N/mm2·m/s的要求以上；實施例2的PV值稍低一些；三個實施例的摩擦系數均在0.2以下，比較理想。磨損量指標實施例2稍差為0.045mm，其余兩個均在0.03mm以下，比較理想。兩個實施例溫度在120℃以下，實施例2溫度超過120℃而試驗中止。
以上三個實施例總的來講還是不錯的，其中實施例2可以在材料組分上作進一步篩選和探索。綜上所述本發明已經具備摩擦磨損性能與DU軸承相仿，而更具輕量化、耐腐蝕和綠色環保的優良特性，該產品預期具有廣闊的推廣應用前景，造福于人類。
權利要求
1.一種鋁基三層復合自潤滑軸承，其特征在于軸承由鋁合金板為基體(1)、無鉛球形青銅粉層(2)和減摩耐磨塑料層(3)依次結合而成A、所說的基體(1)是厚度為0.6～4.8毫米的鋁合金板，與厚度為0.10～0.15毫米的無鉛球形青銅粉層(2)呈熔融狀態結合在一起；B、減摩耐磨塑料層(3)與無鉛球形青銅粉層(2)的結合呈互相嵌入狀態，減摩耐磨塑料層(3)在無鉛球形青銅粉層(2)面上的厚度為0.02～0.07毫米。
2.如權利要求1所述的鋁基三層復合自潤滑軸承，其特征在于減摩耐磨塑料層(3)的組份，按重量百分比計為A、無鉛青銅粉、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，作為無機填充劑；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，作為有機填充劑；D、余量為聚四氟乙烯。
3.如權利要求1或2所述的鋁基三層復合自潤滑軸承，其特征在于鋁基三層復合自潤滑軸承材料的制法A、制備鋁基球粉板①按所需規格剪取鋁合金板基體(1)，然后將其一個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目的無鉛球形青銅粉噴涂在基體(1)上，控制無鉛球形青銅粉層(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、無機及有機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，攪拌機轉速2000～4000轉/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，在轉速為20～60轉/分攪拌機內攪拌5～10分鐘，環境溫度15～25℃；C、制三層復合自潤滑軸承材料①鋪軋，將可鋪展軟體鋪軋在球粉板上，使其部分輥軋在無鉛球形青銅粉的空隙中，呈互相嵌合狀態，成為減摩耐磨塑料層，該層此時高出銅粉層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為準；③燒結，在氮氣保護燒結爐中的燒結，燒結溫度370～380℃，時間36～45分鐘，氮氣純度99.9％以上，流量根據不同燒結爐而定，以不氧化為最小流量；④終軋，將燒結后的板材軋至成品板材的厚度，軋制量在0.01毫米以上，此時銅粉層上減摩耐磨塑料層厚度為0.02～0.07毫米。
4.如權利要求3所述的鋁基三層復合自潤滑軸承，其特征是三層復合自潤滑軸承材料的制法中，可在烘干和燒結兩工序之間增加中軋工序，軋制量為0.02～0.04毫米。
5.如權利要求1或2所述的鋁基三層復合自潤滑軸承，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構零件，其主要型式軸承是以板材沖剪展開長度后用模具卷制、整形并機械加工而成，軸承的內徑為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.如權利要求3所述的鋁基三層復合自潤滑軸承，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構零件，其主要型式軸承是以板材沖剪展開長度后用模具卷制、整形并機械加工而成，軸承的內徑為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
鋁基三層復合自潤滑軸承是以鋁合金板為基體，在基體的工作表面上結合一層厚度為0.10～0.15mm的無鉛球形青銅粉，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。和目前國際上的DU軸承相比，不但具有DU軸承耐磨性能好、摩擦系數小、低噪音、走合性能好、自潤滑等所有特點，又有更為優良的輕量化、耐腐蝕、無鉛毒的工作特點。特別適用于諸如航空航天領域等對輕量化要求極高的場合中應用，同時可在不能使用DU軸承而要求衛生環保的食品和飲料機械、制藥機械、家用電器、健身器械、辦公設備行業應用。
文檔編號F16C33/14GK1991188SQ20051006232
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月28日 優先權日2005年12月28日
發明者孫志華 申請人:浙江長盛滑動軸承有限公司