CN1260486C - 自润滑无铅轴承及其制法 - Google Patents

Abstract

一种自润滑无铅轴承包括金属基板、无铅铜粉层和减摩耐磨层，最后卷制成轴套状。同时公开了它的制造方法。本发明克服了自润滑轴承因含铅和致癌可疑纤维而不能在食品、水工、医药等行业应用的缺点。其制造方法中最主要的是减摩耐磨层材料为PTFE、EKONOL、PPS、MoS₂，而且工艺过程中不使用甲苯和硝酸铝。

Description

自润滑无铅轴承及其制法

所属技术领域

本发明涉及滑动轴承，特别是无油润滑轴承；也与高分子化合物的组合物有关。

背景技术

无油润滑轴承中的三层复合轴承，由英国格拉西亚公司创制，简称DU。该产品以薄片状钢板为基体，中间烧结有球形多孔青铜粉层，表面铺轧以聚四氟乙烯即PTFE为主的配有铅的混合料，渗入、复盖上述铜粉层并烧结而成为减摩耐磨层。最后将上述三层复合板材按照轴的大小卷制成不同尺寸的轴套状的轴承。世界各地生产的DU类轴承，在国内为SF-1类，已广泛应用高、中负载、低转速的场合。但是由于工作时铅的粉末和气体逸出，因此在食品、药品等行业受到排斥。

公开号CN1234476A由德国联合莫古尔威斯巴登有限公司递交的专利，提出了滑移层即减摩耐磨层不必求助于铅或其化合物的方案。该层的基体物料PTFE或高熔点氟热塑性塑料与PTFE混合物中，至少含有粉末状聚芳族酰胺，其体积占该层总量的10-50％。但是，该方案的青铜粉层中仍含有15％以上的铅，并且制造时以甲苯和硝酸铝处理混合料，因此仍然有可能遭到污染而被排斥。

由美国达纳公司递交的公开号为CN1292852A的专利申请，则公开了衬里层即减摩耐磨层的新方案，以体积计含10-30％的颗粒状离子氟化物、2-10％的原纤化芳族聚酰胺纤维和2-10％的可熔融加工的含氟聚合物以及其余量的PTFE。有文献表明，(1)氟化物是有毒物，如NaF；(2)原纤化纤维的混入需要特别设备外，还被怀疑有致癌的可能性。此外，无一例外，生产过程中不可缺少地使用甲苯和硝酸铝；产品还使用低粘度液体润滑，亦被食品等行业所排斥。

众所周知，PTFE有很低的摩擦系数，一般情况下为0.04-0.05，在高负荷下摩擦系数0.016。它呈层状结构。其同一层的结合力较强，但层间结合力却很弱，极易相对滑动。运动时，可在极短时间内，在对偶表面形成转移膜，所以PTFE摩擦系数很小。但是它在对偶材料上有较差的粘着性，即是导致严重磨损的主要原因。因此单独使用PTFE的机会不多。技术界普遍关心的问题是添加何物可使新的轴承材料的摩擦系数仍很小，而耐磨性有极大的提高？

EKONOL即聚对羟基苯甲酸苯酯，俗称聚苯酯。它的晶体呈片状，具有优异的自润滑性和优异的耐磨、耐压缩蠕变性能，其耐磨性是PTFE的500倍。导热系数比PTFE大3-5倍，特别的优点是在几乎所有有机溶剂中都不溶解。PI即聚酰亚胺具有相近似的特性，因此是它的替代材料。

PPS即聚苯硫醚是一种线性热塑性高分子材料。它具有优异的耐热性、化学稳定性以及对金属的高粘着强度。如果它加入到PTFE为主的材料中组成PTFE-PPS共混物时，只要配比合理，即可使PTFE的耐磨性能有较大的提高。但是，PPS先要作化学交联。化学交联已是成熟技术，通常需要加入氟化镁等促进剂，交联时间20分钟。

M₀S₂即二硫化钼，属于六方晶系的层状结构，极易从层与层之间劈开，所以具有良好的自润滑性能。M₀S₂能较强地吸附在金属表面，即使在摩擦时也不易破坏，因此能承受较高的负荷，资料表明，2.5μm厚的M₀S₂薄膜，能承受2800MPa以上的压力，同时经受40m/s的摩擦速度。此外，M₀S₂除能被王水、浓流酸、沸腾浓盐酸、纯氧、高温氯和氢侵蚀外，在其他酸碱、药品、溶剂、水、石油产品及合成润滑剂中均不溶解，对环境气氛是稳定的，一般条件下不与金属反应、不侵蚀橡胶材料。有时M₀S₂可用石墨替代。

PPS在使用时往往需要经过化学交联，为已有技术。制作PTFE乳液亦被视为已有技术。它由气相四氟乙烯在水溶液中反应，生成PTFE和水，再加乳化剂制得。目前PTFE乳液已可在市场购得。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自润滑无铅轴承，它工作时无油润滑，同时不含铅，可扩展到食品、制药、水工、饮料、医用机械行业的应用。本发明的另一个目的是寻找出上述轴承的制造方法。

公开新的技术方案如下：

一种自润滑无铅轴承，包括金属基板、烧结于基板一面的球状多孔铜粉层和渗入并且覆盖铜粉层的减摩耐磨材料层，最后卷制成轴套状，其特征在于所述铜粉不含铅及其铅的化合物和甲苯、硝酸铝、原纤化芳族聚酰胺纤维；所述减摩耐磨材料的组成以重量计为，聚四氟乙烯30-35％，聚对羟基苯甲酸苯酯30-35％，二硫化钼6-10％，其余为聚苯硫醚。

制造所述轴承的方法是：

A、在金属基板上烧结无铅铜粉层；

B、制作减摩耐磨层可铺展软体

①聚苯硫醚化学交联；

②配粉料，按前述重量比分别配粉料；

③搅拌，将除聚四氟乙烯以外的粉料混合搅拌三次，每次5-10分钟，成为混合物，搅拌机转速2000-4000r/min，三次过筛，筛目100以上；

④制聚四氟乙烯乳液，将聚四氟乙烯粉料制成含固量为60％的聚四氟乙烯乳液；

⑤制可铺展软体，将含固量60％的聚四氟乙烯乳液和上述混合物混合，在转速为20-60r/min搅拌机内搅拌5-10分钟；温度为15-25℃；

C、铺轧，将软体铺轧在铜粉层上，厚度以不露铜粉为适宜，厚度尺寸为0.01-0.03mm；

D、烘干，以220-280℃烘20-30分钟，以乳液中水份完全挥发为准；

E、中轧，烘干后的板材再轧一次，轧制量为0.01-0.03mm，以增加密度和结合力；

F、烧结，在氮气体保护烧结炉烧结，烧结温度370-390℃，时间36-45分钟，氮气纯度99.9％以上，不同烧结炉的流量以不氧化为最小流量；

G、终轧，将烧结后的板材，终轧至成品板材要求，最少轧下0.01mm以上；

H、落料卷制，按照轴承大小落料，卷制成轴套状。

按照上述方法制成的自润滑无铅轴承，暂时命名为CSB-50，在已有专利技术无产品的情况下，以现在市场三层复合轴承SF-1产品为对照，进行摩擦、磨损试验。对比试验表如下：

A、试验设备MMD-10端面磨损试验机，工况条件：①干摩擦；②速度V＝0.2m/s；③压力P＝8N/mm²；④试验时间180min。

型号	平均摩擦系数(μ)	最终温度(℃)	最终磨损量(μm)	备注
					SF-1	0.106	94	18
CSB-50	0.109	85	15

B、试验设备同上，工况条件：①油润滑；②速度V＝0.4m/s；③压力P＝8N/mm²；④试验时间180min。

型号	平均摩擦系数(μ)	最终温度(℃)	最终磨损量(μm)	备注
					SF-1	0.073	125	51
CSB-50	0.07	105	55

C、试验设备同上，工况条件：①油润滑；②速度V＝1.5m/s；③压力P＝4.5N/mm²；④试验时间180min。

型号	平均摩擦系数(μ)	最终温度(℃)	最终磨损量(μm)	备注
					SF-1	0.043	96	32
CSB-50	0.038	100	26

D、试验设备MPV-20B摩擦试验机，工况条件：①干摩擦；②速度V＝0.5m/s；③试验时间120min。逐级加载。

型号	PV值(N/mm2.m/s)	最终温度(℃)	最终磨损量(μm)	备注
					SF-1	3.344	138	26
CSB-50	4.89	136	22

E、试验设备：YB-90(90°摇摆试验)，试验条件：V＝1.0m/min，压力P＝24.5N/mm2，试验时间50小时。

型号	最终温度(℃)	最终磨损量(μm)
			SF-1	66	43
CSB-50	52	37

从表中可以看出本发明产品的摩擦系数接近SF-1，但PV值、最终磨损量及最终温度等参数明显优于SF-1，特别是铜粉层和减摩耐磨层不含铅和有害纤维，同时可以免用低粘度润滑液，因此应用行业可以扩展到食品、饮料、水工、医药、家电、办公机械等涉及人类生命安全及健康的机械行业和要求无铅的化工机械行业。

附图说明

附图为本发明的工艺流程简图。

具体实施方式

实施时，如说明书发明内容的技术方案所述，其中优选数据如下：

材料配方按重量比聚四氟乙烯32-34％；聚对羟基苯甲酸苯酯32-34％；二硫化钼7-8％；其余为聚苯硫醚。

烘干湿度250-280℃，烘20-30分钟，视乳液中的水份完全发挥的最佳点。

烧结时，在氮气保护烧结炉中进行，烧结温度375-385℃，烧结时间40分钟，氮气纯度99.9％以上。针对不同烧结炉，其氮气流量、压力亦不同。以钢基板不氧化为最佳。

实施时，以PI即聚酰亚胺替代EKONOL或/石墨取代M₀S₂，其效果相仿。

当然落料卷制后，还要进行整形、倒角，最后包装入库。

Claims (2)

1、一种自润滑无铅轴承，包括金属基板、烧结于基板一面的球状多孔铜粉层和渗入并且覆盖铜粉层的减摩耐磨材料层，最后卷制成轴套状，其特征在于所述铜粉不含铅及其铅的化合物和甲苯、硝酸铝、原纤化芳族聚酰胺纤维；所述减摩耐磨材料的组成以重量计为，聚四氟乙烯30-35％，聚对羟基苯甲酸苯酯30-35％，二硫化钼6-10％，其余为聚苯硫醚。

2、如权利要求1所述自润滑无铅轴承的制造方法，其特征在于：

A、在金属基板上烧结无铅铜粉层；

B、制作减摩耐磨层可铺展软体

①聚苯硫醚化学交联；

②配粉料，按权利要求1重量比分别配料；

③搅拌，将除聚四氟乙烯以外的粉料混合搅拌三次，每次5-10分钟，成为混合物，搅拌机转速2000-4000r/min，三次过筛，筛目100以上；

④制聚四氟乙烯乳液，将聚四氟乙烯粉料制成含固量为60％的聚四氟乙烯乳液；

⑤制可铺展软体，将含固量60％的聚四氟乙烯乳液与上述混合物混合，在转速为20-60r/min搅拌机内搅拌5-10分钟；温度为15-25℃；

C、铺轧，将软体铺轧在铜粉层上，厚度以不露铜粉为适宜，厚度尺寸为0.01-0.03mm；

D、烘干，以220-280℃烘20-30分钟；

E、中轧，烘干后的板材再轧一次，轧制量为0.01-0.03mm；

F、烧结，在氮气体保护烧结炉烧结，烧结温度370-390℃，时间36-45分钟，氮气纯度99.9％以上，不同烧结炉的流量以不氧化为最小流量；

G、终轧，将烧结后的板材，终轧至成品板材要求，最少轧下0.01mm以上；

H、落料卷制，按照轴承大小落料，卷制成轴套状。