一种机械用纳米氮化硅轴承材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械材料技术领域，具体是一种机械用纳米氮化硅轴承材料及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 轴承的功用是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩 擦和磨损，并承受载荷。轴承一般可以分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承，分别简称为滑动 轴承和滚动轴承。轴承材料需要具有的性能包括有:较高的接触疲劳强度、良好的耐磨性、 较高的弹性极限、适宜的硬度、一定的韧性、良好的尺寸稳定性、良好的防锈性能、良好的工 艺加工性能。
[0003] 目前，国内使用的滑动轴承主要是加拿大的赛龙轴承，还有一些以橡胶材料为主 的轴承，进口产品存在着价格高的问题，而橡胶为材料的轴承，存在弹性模量低、承载能力 差、不易加工、使用寿命不够长等缺点。
[0004] 氮化硅轴承具有耐高温、耐腐蚀、高速运转离心力小、运转温升低等优良性能，可 在高速、高温、腐蚀、无润滑等钢质轴承无法胜任的苛刻工况下正常运转，使用寿命大大延 长。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种机械强度高、耐磨性能佳的机械用纳米氮化硅轴承材 料及其制备方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种机械用纳米氮化硅轴承材料，按照重量份数计，由以下原料制成:纳米氮化硅 14-18份、氧化错58_62份、娃9_13份、银1_2份、儀3_4份、锗1.2_1.8份、聚四氣乙稀粉5_7份、 聚乙烯醇2.8-3.4份、竹炭粉0.4-0.8份、油酸3-5份、硬脂酸钙0.8-1.2份、氧化铝5-7份、膨 润土 1.5-2.5份、磷酸三苯酯1.5-2.5份。
[0008] 作为本发明进一步的方案：按照重量份数计，由以下原料制成:纳米氮化硅15-17 份、氧化错60-62份、娃9_11份、银1.2_1.6份、儀3.4_3.6份、错1.5_1.6份、聚四氣乙稀粉 5.5-6.5份、聚乙烯醇3.0-3.2份、竹炭粉0.5-0.7份、油酸3.5-4.2份、硬脂酸钙0.9-1.0份、 氧化铝5-6.2份、膨润土2.0-2.3份、磷酸三苯酯1.8-2.2份。
[0009] 作为本发明进一步的方案:按照重量份数计，由以下原料制成：纳米氮化硅16份、 氧化锆60份、硅10份、镍1.5份、镁3.5份、锗1.6份、聚四氟乙烯粉5.8份、聚乙烯醇3.0份、竹 炭粉0.6份、油酸3.8份、硬脂酸钙1.0份、氧化铝5.8份、膨润土 2.2份、磷酸三苯酯2份。
[0010] 所述的机械用纳米氮化硅轴承材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011] (1)将纳米氮化硅、氧化锆、硅、镍、镁、锗和氧化铝倒入研钵中研磨混合均匀，再将 该混合粉末加到球磨机中进行湿法球磨16-24h后，球磨介质为锆球，溶剂为无水乙醇，混合 粉末:无水乙醇:锆球的质量比为1:0.8-1.2:3.5-5，球磨速度为450r/min，将球磨后的混合 粉体置于85°C的真空干燥箱中烘干后，得到第一混合粉末，放置备用；
[0012] ⑵将油酸和硬脂酸钙混合加到超声波震荡器中超声分散均匀，再加入步骤⑴制 备的第一混合粉末超声处理30-45min，超声结束固液分离后，得到第二混合粉末，备用；
[0013] (3)将聚四氟乙烯粉放入搅拌机中以500-800r/min下混合15-22min，再加入膨润 土继续混合5-8min，将混合均匀的粉末置于恒温干燥箱中于80°C下干燥，得到第三混合粉 末，备用；
[0014] (4)将磷酸三苯酯和聚乙烯醇混合加热，再加入步骤(3)的第三混合粉末和竹炭粉 混合搅拌均匀，制成颗粒，再将该颗粒与步骤(2)的第二混合粉末加到混料机中混合均匀， 得到第四混合粉末，备用；
[0015] (5)将步骤(4)制备的第四混合粉末放入模具中，在液压机中以320-350MPa的压力 下压制成型，获得生坯，将成型后的生坯送入真空度为0.003-0.006Pa的真空烧结炉中，以 5-8°C/min的升温速率升温至680-720°C，保温3-3.5h，随炉冷却至室温，得到毛坯；
[0016] (6)将步骤(5)制备的毛坯进行表面磨削、去毛刺处理，然后浸油得到所述的机械 用纳米氮化硅轴承材料。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0018] 本发明采用纳米氮化硅和氧化锆作为基体，添加的硅、镍、镁、锗和氧化铝提高了 材料的机械强度、相对密度，降低了烧结温度;油酸和硬脂酸钙混合形成很好的吸附作用包 覆在混合粉体表面，能够改善粉体易粘附的问题;采用聚四氟乙烯粉和膨润土的混合物制 成颗粒和混合粉体混合烧结，大大增强了氮化硅轴承的自身润滑性，降低收缩性，控制基体 的孔隙大小和均匀性;添加的磷酸三苯酯和竹炭粉提高了材料的耐腐蚀、高抗弯强度和良 好的高低温稳定性等作用。本发明制备的轴承材料具有非常好的耐磨损性能和机械强度， 使用寿命延长，可广泛应用于能源、化工、钢铁冶金等重型机械装备中。
【具体实施方式】
[0019] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都 属于本发明保护的范围。
[0020] 实施例1
[0021 ]本发明实施例中，一种机械用纳米氮化硅轴承材料，按照重量份数计，由以下原料 制成:纳米氮化硅14份、氧化锆62份、硅9份、镍2份、镁3份、锗1.8份、聚四氟乙烯粉5份、聚乙 烯醇3.4份、竹炭粉0.4份、油酸5份、硬脂酸钙0.8份、氧化铝7份、膨润土 1.5份、磷酸三苯酯 2.5份。
[0022] 所述的机械用纳米氮化硅轴承材料的制备方法，包括以下步骤：
[0023] (1)将纳米氮化硅、氧化锆、硅、镍、镁、锗和氧化铝倒入研钵中研磨混合均匀，再将 该混合粉末加到球磨机中进行湿法球磨16h后，球磨介质为锆球，溶剂为无水乙醇，混合粉 末:无水乙醇:错球的质量比为1:0.8:5，球磨速度为450r/min，将球磨后的混合粉体置于85 °C的真空干燥箱中烘干后，得到第一混合粉末，放置备用；
[0024] (2)将油酸和硬脂酸钙混合加到超声波震荡器中超声分散均匀，再加入步骤（1)制 备的第一混合粉末超声处理30min，超声结束固液分离后，得到第二混合粉末，备用；
[0025] (3)将聚四氟乙烯粉放入搅拌机中以500r/min下混合22min，再加入膨润土继续混 合Smin，将混合均匀的粉末置于恒温干燥箱中于80°C下干燥，得到第三混合粉末，备用； [0026] (4)将磷酸三苯酯和聚乙烯醇混合加热，再加入步骤(3)的第三混合粉末和竹炭粉 混合搅拌均匀，制成颗粒，再将该颗粒与步骤(2)的第二混合粉末加到混料机中混合均匀， 得到第四混合粉末，备用；
[0027] (5)将步骤(4)制备的第四混合粉末放入模具中，在液压机中以320MPa的压力下压 制成型，获得生坯，将成型后的生坯送入真空度为〇.〇〇3Pa的真空烧结炉中，以5°C/min的升 温速率升温至720°C，保温3.5h，随炉冷却至室温，得到毛坯；
[0028] (6)将步骤(5)制备的毛坯进行表面磨削、去毛刺处理，然后浸油得到所述的机械 用纳米氮化硅轴承材料。
[0029] 实施例2
[0030]本发明实施例中，一种机械用纳米氮化硅轴承材料，按照重量份数计，由以下原料 制成：纳米氮化硅18份、氧化锆58份、硅13份、镍1份、镁4份、锗1.2份、聚四氟乙烯粉7份、聚 乙烯醇2.8份、竹炭粉0.8份、油酸3份、硬脂酸钙1.2份、氧化铝5份、膨润土 2.5份、磷酸三苯 酯1.5份。
[0031 ]所述的机械用纳米氮化硅轴承材料的制备方法与实施例1相同。
[0032] 实施例3
[0033] 本发明实施例中，一种机械用纳米氮化硅轴承材料，按照重量份数计，由以下原料 制成:纳米氮化硅15份、氧化锆62份、硅9份、镍1.6份、镁3.4份、锗1.6份、聚四氟乙烯粉5.5 份、聚乙烯醇3.2份、竹炭粉0.5份、油酸4.2份、硬脂酸钙0.9份、氧化铝6.2份、膨润土2.0份、 磷酸三苯酯2.2份。
[0034] 所述的机械用纳米氮化硅轴承材料的制备方法，包括以下步骤：
[0035] (1)将纳米氮化硅、氧化锆、硅、镍、镁、锗和氧化铝倒入研钵中研磨混合均匀，再将 该混合粉末加到球磨机中进行湿法球磨24h后，球磨介质为锆球，溶剂为无水乙醇，混合粉 末:无水乙醇:锆球的质量比为1:1.2:3.5，球磨速度为450r/min，将球磨后的混合粉体置于 85°C的真空干燥箱中烘干后，得到第一混合粉末，放置备用；
[0036] (2)将油酸和硬脂酸钙混合加到超声波震荡