一种具有新型摩擦副的桥梁支座的制作方法

本发明涉及桥梁工程技术领域，是一种具有新型摩擦副桥梁支座。

背景技术：

作为“桥梁关节”的桥梁支座已经在公路、铁路等桥梁工程中大规模使用。摩擦副作为支座的核心部件，能够实现支座的滑动和转动功能。因此要求摩擦副必须具备低摩擦系数、高耐磨性能、优异的耐蚀性能。

目前桥梁支座中使用的摩擦副是由不锈钢板或镀硬铬与聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯滑板构成。不锈钢滑板成型过程包含下料、成型、焊接甚至打磨等工序，根据成型尺寸不同要制造不同的模具，成型大尺寸不锈钢时需要专用大型成型设备，成型工艺复杂、难度大、成型效率低。支座滑动或转动面镀铬时，镀铬过程中使用的电解液是由剧毒的铬酐配置，在镀铬过程中有2/3的铬酐消耗在废水或废气中，大量的废水和废气对环境造成了严重的污染。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种具有新型摩擦副桥梁支座，在桥梁支座的转动和滑动面成型减摩耐磨耐蚀陶瓷材料，该材料与非金属滑板构成桥梁支座的新型摩擦副。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种具有新型摩擦副桥梁支座，设有支座主体，在支座主体内设有摩擦副，所述摩擦副是由减摩耐磨耐蚀陶瓷层与非金属滑板相互贴合构成。

本发明所述的减摩耐磨耐蚀陶瓷层由氧化铝、氧化钛、二氧化硅以及摩擦性能调节剂组成，其重量百分比为氧化铝Al₂O₃ 40~80wt%、氧化钛TiO₂3~40wt%、二氧化硅SiO₂ 4~10wt%、摩擦性能调节剂13~17 wt %。

本发明所述的摩擦性能调剂为二硫化钼、石墨、石墨烯、纳米铜粉中的任意两种或两种以上的组合。

本发明所述的减摩耐磨耐蚀陶瓷层厚度为0.01~2毫米。

本发明所述的减摩耐磨耐蚀陶瓷层主要用于支座的平面摩擦副、曲面摩擦副和导向摩擦副。

本发明所述的减摩耐磨耐蚀陶瓷层采用热喷涂的成型方式，热喷涂方式包括等离子喷涂、超音速火焰喷涂和热熔敷喷涂。

本发明所述的非金属滑板的材质为热塑性聚合物材料，其包括聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、尼龙、聚甲醛或聚酯的其中一种或一种以上组合而成，通过向热塑性聚合物材料添加有机或无机改性填料进行改性获得非金属滑板。

本发明所述在支座主体主要是指支座的上座板、中座板、下座板，其材料主要是碳钢或铸钢。

本发明所述的减摩耐磨耐蚀陶瓷层与非金属滑板之间加设硅脂。

本发明有益效果是：

本发明采用的热喷涂方式制备减摩耐磨耐蚀陶瓷层与非金属滑板构成新型摩擦副，代替目前桥梁支座上所用的不锈钢或镀铬与非金属滑板构成的摩擦副，具有如下优点：

（1）成型工艺简单、成型效率高；采用热喷涂成型减摩耐磨耐蚀陶瓷层只需要对工件进行预处理，然后直接进行热喷涂成型，工艺简单，效率高，并且在热喷涂过程中无污染；而目前采用焊接不锈钢需要经过下料、成型、焊接，尤其是大尺寸不锈钢成型时，需要对不锈钢板焊接来保证滑板尺寸，然后对焊缝打磨，再成型、焊接，工序多且工艺复杂，成型效率低。采用热喷涂成型减摩耐磨耐蚀陶瓷层解决了目前不锈钢成型工艺复杂、大尺寸成型困难、效率低和镀铬对环境严重污染的问题。

（2）摩擦系数低：减摩耐磨耐蚀陶瓷层与非金属滑板组成的摩擦副具有摩擦系数低的特点，能够实现支座的转动和滑动功能。

（3）高耐磨性能：减摩耐磨耐蚀陶瓷层的硬度远高于不锈钢的硬度，使得陶瓷层的耐磨性能相对于不锈钢滑板的耐磨性能有了极大的提高。

（4）优异的耐蚀性能：减摩耐磨耐蚀陶瓷层的主要成分无机氧化物，采用多种无机氧化物复合而成，能够提高陶瓷层的韧性，降低陶瓷层的孔隙率，增大陶瓷层的密实度，加以无机氧化物的不腐蚀特性保证了陶瓷层极佳的耐蚀性能；而不锈钢在成型时尤其是大尺寸不锈钢要进行焊接、打磨等工序，这些工序将不锈钢表面的耐蚀层破坏，降低了不锈钢的耐蚀性能。

（5）环境友好性：减摩耐磨耐蚀陶瓷层在成型时对环境无污染，而采用镀铬成型时，电解液产生的废水、废气等对环境污染严重。

附图说明

图1为球型支座的剖视结构示意图；

图中：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、导向摩擦副。

具体实施方式

结合附图对本发明加以说明；

实施例1

减摩耐磨耐蚀陶瓷层由氧化铝Al₂O₃含量为80%,二氧化钛TiO₂含量3%、二氧化硅SiO₂含量4%、二硫化钼MoS₂含量10%、石墨C含量3%制成。利用等离子喷涂方法在支座上座板1滑动平面、中座板3转动曲面上及导向结构6成型陶瓷层，陶瓷层厚度0.5mm。上座板1的陶瓷层与改性超高分子量聚乙烯构成平面新型摩擦副2、中座板3上的陶瓷层与改性超高分子量聚乙烯滑板构成曲面新型摩擦副4、导向结构与改性超高分子量聚乙烯滑板构成导向摩擦副6。

经测试，本实施例中的减摩耐磨耐蚀陶瓷层在成型时直接在成型位置热喷涂，设备和工艺简单，一次成型。减摩耐磨耐蚀陶瓷层表面硬度平均值1150HV，与支座主体的结合强度大于60MPa；陶瓷层的孔隙率为小于6%；在硅脂润滑条件下与超高分子聚乙烯的摩擦系数为0.007；支座转动时的实际转动力矩远远小于设计值，具有转动灵活的特性；试验后减摩耐磨耐蚀陶瓷层表面无明显的摩擦痕迹。

实施例2

减摩耐磨耐蚀陶瓷层由氧化铝Al₂O₃含量为65%,二氧化钛TiO₂含量13%、二氧化硅SiO₂含量5%、纳米铜粉Cu含量10%、石墨C含量7%制成。利用等离子喷涂方法喷涂到支座上座板1滑动平面和中座板3转动曲面上，涂层厚度1mm。上座板1的陶瓷层与聚四氟乙烯滑板构成平面新型摩擦副2、中座板3上的陶瓷层与聚四氟乙烯滑板构成曲面新型摩擦副4、导向结构与聚四氟乙烯滑板构成导向摩擦副6。

经测试，本实施例中的减摩耐磨耐蚀陶瓷层在成型时直接在成型位置热喷涂，设备和工艺简单，一次成型。减摩耐磨耐蚀陶瓷层表面硬度平均值1030HV，与支座主体的结合强度大于70MPa；陶瓷层的孔隙率为小于5%；在硅脂润滑条件下与聚四氟乙烯滑板的摩擦系数为0.008；支座转动时的实际转动力矩远远小于设计值，具有转动灵活的特性；试验后减摩耐磨耐蚀陶瓷层表面无明显的摩擦痕迹。

实施例3

减摩耐磨耐蚀陶瓷层由氧化铝Al₂O₃含量为50%,二氧化钛TiO₂含量25%、二氧化硅SiO₂含量10%、二硫化钼5%、石墨烯含量5%、纳米铜粉含量5%制成。利用等离子喷涂方法喷涂到支座上座板1滑动平面和中座板3转动曲面上，涂层厚度1.2mm。上座板1的陶瓷层与聚四氟乙烯滑板构成平面新型摩擦副2、中座板3上的陶瓷层与聚四氟乙烯滑板构成曲面新型摩擦副4、导向结构与聚四氟乙烯滑板构成导向摩擦副6。

经测试，本实施例中的减摩耐磨耐蚀陶瓷层在成型时直接在成型位置热喷涂，设备和工艺简单，一次成型。减摩耐磨耐蚀陶瓷层表面硬度平均值980HV，与支座主体的结合强度大于75MPa；陶瓷层的孔隙率为小于4%；在干摩擦条件下与聚四氟乙烯滑板的摩擦系数为0.008；支座转动时的实际转动力矩远远小于设计值，具有转动灵活的特性；试验后减摩耐磨耐蚀陶瓷层表面无明显的摩擦痕迹。

实施例4

减摩耐磨耐蚀陶瓷层由氧化铝Al₂O₃含量为45%,二氧化钛TiO₂含量30%、二氧化硅SiO₂含量10%、纳米铜粉7%、石墨烯8%制成。利用等离子喷涂方法喷涂到支座上座板1滑动平面和中座板3转动曲面上，涂层厚度2mm。上座板1上的陶瓷层与改性超高分子量聚乙烯滑板构成平面新型摩擦副2、中座板3上的陶瓷层与聚四氟乙烯滑板构成曲面新型摩擦副4。

经测试，本实施例中的减摩耐磨耐蚀陶瓷层在成型时直接在成型位置热喷涂，设备和工艺简单，一次成型。减摩耐磨耐蚀陶瓷层表面硬度平均值950HV，与支座主体的结合强度大于70MPa；陶瓷层的孔隙率为小于3%；在干摩擦条件下与聚四氟乙烯滑板的摩擦系数为0.007；支座转动时的实际转动力矩远远小于设计值，具有转动灵活的特性；试验后减摩耐磨耐蚀陶瓷层表面无明显的摩擦痕迹。

实施例5

减摩耐磨耐蚀陶瓷层氧化铝Al₂O₃含量为40%,二氧化钛TiO₂含量40%、二氧化硅SiO₂含量6%、二硫化钼含量5%、纳米铜粉5%、石墨4%。利用等离子喷涂方法喷涂到支座上座板1滑动平面和中座板3转动曲面上，涂层厚度2mm。上座板1上的陶瓷层与改性超高分子量聚乙烯滑板构成平面新型摩擦副2、中座板3上的陶瓷层与聚四氟乙烯滑板构成曲面新型摩擦副4。

经测试，本实施例中的减摩耐磨耐蚀陶瓷层在成型时直接在成型位置热喷涂，设备和工艺简单，一次成型。减摩耐磨耐蚀陶瓷层表面硬度平均值900HV，与支座主体的结合强度大于75MPa；陶瓷层的孔隙率为小于3%；在干摩擦条件下与聚四氟乙烯滑板的摩擦系数为0.008；支座转动时的实际转动力矩远远小于设计值，具有转动灵活的特性；试验后减摩耐磨耐蚀陶瓷层表面无明显的摩擦痕迹。

试验结果对比汇总表