一種陶瓷-金屬復合結構的tc軸承及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于軸承技術和陶瓷新材料領域，尤其涉及一種陶瓷-金屬復合結構的TC軸承及其制造方法。
【背景技術】
[0002]TC軸承是一種用于石油開采的螺桿鉆具的徑向軸承，由于鉆井漿液中所含顆粒狀硬質相的研磨、鉆井漿液的沖刷以及井內含有酸性氣體(如H2S)的侵蝕，造成TC軸承工作面的損傷。因此提高TC軸承工作面的抗磨損性能是提高其使用壽命的根本途徑。
[0003]傳統的TC軸承工作面為硬質合金層，由鑄造碳化鎢與粘接金屬形成的包鑲基體硬質合金塊組成。鑄造碳化鎢(80?300目)與粘接金屬(銅鎳錳)形成的包鑲體可一定程度上抵御含沙鉆井液流的長時間沖蝕，包鑲體與硬質合金塊之間具有一定的硬度差(摩擦面主體硬質合金塊硬度為HRA85?90，包鑲體基體硬度HRA40?45)。
[0004]這種采用硬質合金塊粘接而成的TC軸承制備工藝復雜，涉及到硬質合金塊的燒結以及硬質合金塊在軸承金屬基體上的粘接；表面光潔度不高，由硬質合金塊構成的耐磨面并非光滑的曲面，較低的光潔度產生較大的摩擦；包鑲體材料硬度較低，成為耐磨性能的“軟肋”;硬質合金塊與包鑲體之間由于材料的不同，既會由于熱脹冷縮的不同步性產生裂紋，也容易在鉆井液介質中產生電化學腐蝕，從而降低其耐磨損性能。在以上因素的共同作用下，目前國內普通TC軸承使用壽命僅為150?200h。
[0005]專利(201310336098.3)提出一種TC軸承金屬基復合型硬面材料層的堆焊方法，在第一硬面材料中加入金剛石粉體，與碳化鎢粉體共同構成硬質合金的增強相，以提高硬質合金層的耐磨性能，屬于表面硬化處理，但未從根本上解決上述問題。
[0006]TC軸承工作面的磨損是摩擦與沖蝕的共同作用產生，因此提供一種高硬度、高耐磨、良好抗沖蝕性能且具有足夠厚度的工作層才能更有效提高TC軸承的耐磨性和使用壽命O
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于克服上述技術上的不足，提供一種陶瓷-金屬復合結構的TC軸承及其制造方法。本發明的TC陶瓷-金屬復合軸承以高溫燒結的陶瓷缸套作為工作面耐磨層，相比較傳統的硬質合金層具有更高的表面光潔度、耐磨性和化學穩定性，可極大地提高產品的抗沖蝕性能，延長其使用壽命。
[0008]本發明的目的可以通過以下技術方案實現:
[0009]一種陶瓷-金屬復合結構的TC軸承，該TC軸承圓筒狀的內、外環均為金屬基體和陶瓷缸套的復合筒狀結構；其中，TC軸承外環的內層為陶瓷缸套，金屬基體與陶瓷缸套之間采用過盈配合；TC軸承內環的外層為陶瓷缸套，金屬基體與陶瓷缸套之間采用高溫硅膠進行粘結。
[0010]優選地，所述的陶瓷缸套為氧化錯陶瓷或氧化錯增韌的氧化鋁復合陶瓷。
[0011]本發明還提供了一種陶瓷-金屬復合結構的TC軸承制造方法，該制造方法包括如下步驟:
[0012](I)TC軸承內、外環金屬基體加工:外環金屬基體下端加工內臺階型擋環，內表面精車、精磨；內環金屬基體下端加工外臺階型擋環，外表面精車、精磨；
[0013](2) TC軸承內、外環陶瓷缸套加工:內、外環陶瓷缸套均采用等靜壓成型，胚體經粗加工后，進行高溫燒結，燒結結束后隨爐冷卻；對冷卻后的陶瓷缸套進行精車、精磨；
[0014](3) TC軸承外環裝配:將金屬基體和陶瓷缸套加熱至250?450°C，進行熱裝配，冷卻至室溫；
[0015](4)TC軸承內環裝配:在金屬基體外表面和陶瓷缸套內表面刷涂高溫硅膠，實現金屬基體與陶瓷缸套的粘結。
[0016]優選地，所述步驟(2)中成型壓力為120?200MPa。
[0017]優選地，所述步驟(2)中燒結溫度為1450?1650°C，保溫2?5h。
[0018]與現有技術相比，本發明有益效果體現在:
[0019]I)工藝簡單，陶瓷缸套整體成型、燒結而成，金屬基體與陶瓷缸套之間采用熱裝配或硅膠粘接而成；
[0020]2)工作層采用整體的陶瓷缸套，經精磨后可以達到較高的表面光潔度，降低摩擦；陶瓷缸套整體具有較高而且均勻的硬度，有利于提高其耐磨性；
[0021]3)整體的陶瓷缸套工作面不會產生電化學腐蝕，具有更好的耐蝕性，也不存在接合面因熱脹冷縮產生微裂紋的可能性；
[0022]4)外環采用過盈配合，熱裝配后金屬基體對陶瓷缸套產生壓應力，利于減小陶瓷開裂傾向；
[0023]5)內環采用高溫硅膠粘接，利用溫差彈性補償機制，減小使用過程高溫(約200°C )條件下因金屬基體膨脹在陶瓷缸套中形成的張應力，利于減小陶瓷開裂傾向。
【附圖說明】
[0024]為了便于本領域技術人員理解，下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0025]圖1為本發明陶瓷-金屬復合結構的TC軸承示意圖。
【具體實施方式】
[0026]實施例1
[0027]本實施例提供一種陶瓷-金屬復合結構的TC軸承及其制造方法，如圖1所示，TC軸承圓筒狀的內、外環均為金屬基體和陶瓷缸套的復合筒狀結構，工作面陶瓷缸套采用氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷(氧化鋯含量23% )。其制造工藝如下:
[0028]制造TC軸承外環:金屬基體下端加工內臺階型擋環，該擋環寬度與陶瓷缸套厚度相適應，內表面精車、精磨后達到軸承設計尺寸及光潔度要求，陶瓷缸套胚體采用等靜壓成型，成型壓力130MPa，按照設計尺寸對胚體進行粗加工后，在電爐中高溫燒結，燒結溫度為16000C，保溫2h，燒結結束后隨爐冷卻，對陶瓷缸套進行精車、精磨，使陶瓷缸套尺寸達到設計要求并滿足與金屬基體過盈配合的需要，陶瓷缸套內外表面達到設計光潔度要求。軸承外環裝配:將金屬基體和陶瓷缸套加熱至400°C，進行熱裝配，冷卻至室溫后實現金屬基體與陶瓷缸套之間的緊密配合，陶瓷缸套裝配好以后，安裝上端檔環。
[0029]制造TC軸承內環:金屬基體下端加工外臺階型擋環，該擋環寬度與陶瓷缸套厚度相適應，外表面精車、精磨后達到軸承設計尺寸及光潔度要求，陶瓷缸套胚體采用等靜壓成型，成型壓力130MPa，按照設計尺寸對胚體進行粗加工后，在電爐中高溫燒結，燒結溫度為1600°C，保溫2h，燒結結束后隨爐冷卻；對陶瓷缸套進行精車、精磨，使陶瓷缸套尺寸達到設計要求，內外表面達到設計光潔度要求。軸承內環裝配:在金屬基體外表面和陶瓷缸套內表面刷涂高溫硅膠，實現內外套的粘結，陶瓷缸套裝配好以后，安裝上端檔環。
[0030]陶瓷缸套體積密度為4.3g/cm3，表面硬度為HRA92，表面粗糙度小于0.3 μ m，軸承使用壽命達600h，陶瓷缸套與金屬基體之間無相對滑動、無脫落。
[0031]實施例2
[0032]本實施例生產方法同實施例1，不同的是工作面陶瓷缸套陶瓷成分為純氧化鋯陶瓷，相應的成型壓力為150MPa，燒結溫度為1450°C。
[0033]陶瓷缸套體積密度為6.0g/cm3，表面硬度為HRA89，表面粗糙度小于0.3 μ m，軸承使用壽命達600h，陶瓷缸套與金屬基體之間無相對滑動、無脫落。
[0034]實施例3
[0035]本實施例生產方法同實施例1，不同的是相應的成型壓力為200MPa，燒結溫度為1650 O。
[0036]實施例4
[0037]本實施例生產方法同實施例1，不同的是相應的成型壓力為120MPa，燒結溫度為1650 O。
[0038]本發明的TC陶瓷-金屬復合軸承以高溫燒結的陶瓷體作為耐磨層，相比較傳統的硬質合金層具有更高的表面光潔度、硬度和化學穩定性，極大地提高了產品的抗沖蝕性能，使其使用壽命可達600h。
[0039]以上內容僅僅是對本發明結構所作的舉例和說明，所屬本技術領域的技術人員對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離發明的結構或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種陶瓷-金屬復合結構的TC軸承，其特征在于，該TC軸承圓筒狀的內、外環均為金屬基體和陶瓷缸套的復合筒狀結構；其中，TC軸承外環的內層為陶瓷缸套，金屬基體與陶瓷缸套之間采用過盈配合；TC軸承內環的外層為陶瓷缸套，金屬基體與陶瓷缸套之間采用高溫硅膠進行粘結。2.根據權利要求1所述的一種陶瓷-金屬復合結構的TC軸承，其特征在于，所述的陶瓷缸套為氧化鋯陶瓷或氧化鋯增韌的氧化鋁復合陶瓷。3.一種陶瓷-金屬復合結構的TC軸承制造方法，其特征在于，該制造方法包括如下步驟: (1)TC軸承內、外環金屬基體加工:外環金屬基體下端加工內臺階型擋環，內表面精車、精磨；內環金屬基體下端加工外臺階型擋環，外表面精車、精磨； (2)TC軸承內、外環陶瓷缸套加工:內、外環陶瓷缸套均采用等靜壓成型，胚體經粗加工后，進行高溫燒結，燒結結束后隨爐冷卻；對冷卻后的陶瓷缸套進行精車、精磨； (3)TC軸承外環裝配:將金屬基體和陶瓷缸套加熱至250?450°C，進行熱裝配，冷卻至室溫; (4)TC軸承內環裝配:在金屬基體外表面和陶瓷缸套內表面刷涂高溫硅膠，實現金屬基體與陶瓷缸套的粘結。4.根據權利要求3所述的陶瓷-金屬復合結構的TC軸承的制造方法，其特征在于，所述步驟(2)中成型壓力為120?200MPa。5.根據權利要求3所述的陶瓷-金屬復合結構的TC軸承的制造方法，其特征在于，所述步驟(2)中燒結溫度為1450?1650°C，保溫2?5h。
【專利摘要】本發明公開一種陶瓷-金屬復合結構的TC軸承及其制造方法，屬于軸承技術和陶瓷新材料領域，該TC軸承圓筒狀的內、外環均為金屬基體和陶瓷缸套的復合筒狀結構；其中，TC軸承外環的內層為陶瓷缸套，金屬基體與陶瓷缸套之間采用過盈配合；TC軸承內環的外層為陶瓷缸套，金屬基體與陶瓷缸套之間采用高溫硅膠進行粘結。本發明工藝簡單，陶瓷缸套整體成型、燒結而成，金屬基體與陶瓷缸套之間采用熱裝配或硅膠粘接而成，提高了產品的耐磨性、耐蝕性，減小陶瓷開裂傾向。
【IPC分類】F16C33/00, E21B10/22, F16C33/04
【公開號】CN104930058
【申請號】CN201510242707
【發明人】章旭, 徐光青, 鄭治祥, 呂珺
【申請人】合肥精創陶瓷設備科技有限公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年5月13日