本发明涉及一种主要用于钢铁冶金、交通运输、煤炭、水利等行业，适用于无油润滑的滑动轴承领域，具体涉及一种填充固化式耐高温固体润滑轴承及其制备方法。
背景技术：
：传统的润滑材料主要是润滑油、润滑脂等润滑材料，它们在汽车和机械工程等领域中有广泛的应用，但其在使用过程中存在污染、泄漏等问题，使用条件逐渐受到严格的限制。在苛刻的工作环境中（如高温、高负荷、超低温、超高真空、强氧化还原和强辐射等环境条件下），润滑油和润滑脂会逐步失效，无法继续使用。固体润滑轴承主要结构特征是金属基材与固体润滑剂结合在一起，固体润滑轴承的结构特征决定它能够在高温、低温、污染、腐蚀等恶劣或特殊环境下，运动副在重载、摇动、摆动的条件下实现自润滑。相比较而言，固体润滑材料就避免了传统的液体润滑材料的缺点，纳米固体润滑材料拥有更优越的摩擦润滑特性。将纳米材料用作润滑剂，不仅可以在接触表面形成一层固体薄膜，降低摩擦系数，还能修复受损的摩擦表面以及渗透进入表层起到强化作用，提高承载能力和抗磨能力。固体润滑轴承主要分为金属基和聚合物基两大类。镶嵌型固体润滑轴承是一种最常用的金属基固体润滑轴承，轴承在运动时由于热作用和摩擦，固体润滑材料不断渗出转移，起到润滑和减摩作用，同时基体磨损。镶嵌型固体润滑轴承具有高的承载能力和低的摩擦和磨损，使用寿命长，适合于在低速、重载和特殊环境下使用，可靠度高。铜合金材料具有良好的耐磨性，摩擦学性能优良，成本低且易加工，应用非常广泛。传统的镶嵌型固体润滑轴承制备方法是在金属基体上预先设计、加工好一定面积比例的孔洞或沟槽，在其中嵌入某种成分的固体润滑材料，将二者结合成为一个整体，以其作为轴承、轴瓦或衬板。固体润滑材料在镶嵌之前，经过混料、烘干、压制成形、烧结、车削加工等过程制备成柱状。镶嵌时依靠操作工人，将固体润滑柱压入轴承基体，镶嵌质量难于保证，固体润滑材料或难于嵌入或容易脱落，甚至会导致固体润滑材料表面或整体破裂，操作过程费时费力，且制造成本高。采用填充固化方式，将固体润滑材料粉和粘结剂充分混合后形成膏体，填充到固体润滑轴承基体的孔或槽中，经过固化处理，使固体润滑材料和轴承基体结合成为一个整体，制作过程简单方便，易于实现，且能大大节省原材料和成本。技术实现要素：本发明的目的是为了克服上述已有技术存在的缺点，提供一种改进的填充固化式耐高温固体润滑轴承及其制备方法，形成适合于在高温、大载荷、高粉尘和无油润滑等环境下使用，具有突出耐温性能的固体润滑轴承。一种填充固化式耐高温固体润滑轴承，采用如下技术方案：填充固化式耐高温固体润滑轴承，其中：在铜合金基体上预先加工好占基体表面积20%～40%的孔或槽，在孔或槽中填充高温粘结剂和固体润滑材料的混合物，经过加热固化处理，使二者结合成为一个整体作为固体润滑轴承；所述混合物由如下组份配比而成：高温粘结剂35%～45%，固体润滑材料55%～65%；高温粘结剂由如下组份配比而成：80%～90%磷酸和氢氧化铝质量比3.5：1的混合液，5%～10%氧化铜和5%～10%磷酸三丁酯；所述固体润滑材料由50%～75%超细石墨粉，10%～20%纳米二硫化钨粉，10%～20%纳米氧化铝和5%～10%石墨烯组成。进一步的铜合金基体抗拉强度高于750n/mm2，布氏硬度高于230hb。一种填充固化式耐高温固体润滑轴承的制备方法，按如下步骤进行：a、轴承基体加工：在车床上对铜合金固体润滑轴套内外圆表面进行粗加工，在钻床或铣床上加工出孔或槽；b、高温粘结剂制备：室温下，将磷酸、氢氧化铝、氧化铜、磷酸三丁酯按比例混合，搅拌均匀；c、固体润滑材料混合：室温下，将超细石墨粉、纳米二硫化钨粉、纳米氧化铝和、石墨烯按比例称量混合；d、膏体制备：将固体润滑材料加入到高温粘结剂中充分搅拌，均匀后形成粘稠状的膏体；e、膏体填充：将制备的膏体压入固体润滑轴承基体上的孔或槽内，挤压紧实；f、固化处理：将固体润滑轴承放入真空干燥箱中进行真空固化处理，升温速率50～100℃/h，当温度加热到115～125℃后保温2～2.5h，然后随炉冷却到室温；g、表面精加工：在数控车床上对固体润滑轴承进行内外圆表面精加工，表面粗糙度值达到ra0.8～ra1.6。进一步的将80%磷酸和氢氧化铝质量比3.5：1混合液，10%氧化铜，10%磷酸三丁酯按比例混合，搅拌均匀后制备成高温粘结剂；75%超细石墨粉，10%纳米二硫化钨粉，10%纳米氧化铝和5%石墨烯混合形成固体润滑材料；35%高温粘结剂和65%固体润滑材料混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入固体润滑轴承基体上的孔或槽内，挤压紧实；将固体润滑轴承放入真空干燥箱中进行真空固化处理，升温速率100℃/h，当温度加热到120℃后保温2h，然后随炉冷却到室温；在数控车床上对固体润滑轴承进行内外圆表面精加工。进一步的将85%磷酸和氢氧化铝质量比3.5：1混合液，7.5%氧化铜，7.5%磷酸三丁酯按比例混合，搅拌均匀后制备成高温粘结剂；62.5%超细石墨粉，15%纳米二硫化钨粉，15%纳米氧化铝和7.5%石墨烯混合形成固体润滑材料；40%高温粘结剂和60%固体润滑材料混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入固体润滑轴承基体上的孔或槽内，挤压紧实。进一步的将90%磷酸和氢氧化铝质量比3.5：1混合液，5%氧化铜，5%磷酸三丁酯按比例混合，搅拌均匀后制备成高温粘结剂；50%超细石墨粉，20%纳米二硫化钨粉，20%纳米氧化铝和10%石墨烯混合形成固体润滑材料；45%高温粘结剂和55%固体润滑材料混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入固体润滑轴承基体上的孔或槽内，挤压紧实。有益效果和已有技术相比，本发明所述的填充固化式耐高温固体润滑轴承，是在铜合金基体上预先加工好孔或槽，将固体润滑材料和耐高温粘结剂混合均匀填充其中，经过固化处理，使其结合成为一个整体作为固体润滑轴承，制作过程简单方便，易于实现，且能大大节省原材料，成本节省30%以上。本发明制备的固体润滑轴承，固体润滑材料和铜合金基体粘结力大，材料组织均匀，致密性好，固体润滑材料不易脱落与破碎，具有优良的抗磨、自润滑性能，高温下仍具有良好的摩擦学性能，在工作温度500℃左右可连续平稳运行，其摩擦系数在0.15~0.35之间；甚至在600℃高温下，性能稳定，固体润滑材料不熔融或脱落，仍旧具备润滑作用。具体实施方式下面结合实施例详述本发明：磷酸盐粘结剂是以磷酸液剂与氢氧化铝粉剂合成，可耐800℃以上的高温，具有高温粘接强度高、固化收缩率小、耐水性好、抗震、抗剥落等特点。在磷酸盐粘结剂中添加适量氧化铜，可进一步提高粘接剂的结合强度和使用寿命。磷酸三丁酯常作为增塑剂和消泡剂，可有效的使已形成的泡沫的膜处于不稳定的状态而迅速消泡。在磷酸盐粘结剂中添加磷酸三丁酯可适当提高复合材料的塑性和均匀性。石墨粉具有优良的润滑特性，在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。石墨在机械工业中常作为润滑剂，石墨耐磨材料可以在200～2000℃温度中在很高的滑动速度下，不用润滑油工作。与普通的石墨粉体相比，超细石墨粉体材料由于“体积效应”和“表面效应”，具有化学活性高、导热和附着性好等特性，在高温条件下具有特殊的抗氧化性、自润滑性和可塑性可用作耐高温润滑剂基料，耐腐蚀润滑剂基料。纳米二硫化钨是一种性能极为优良的固体润滑材料，有较强的吸附能力，较高的耐热性和抗氧化性，润滑效果好，适用于高温、高负荷、高压、高转速等各种苛刻条件下的润滑。固体润滑材料中添加二硫化钨可有效改善复合材料的摩擦学特性和抗氧化性。纳米氧化铝，具有耐高温性，多孔性；硬度高、尺寸稳定性好，可广泛应用于塑料、橡胶、陶瓷、耐火材料等产品的补强增韧，特别是提高材料的致密性、光洁度、冷热疲劳性、断裂韧性、抗蠕变性能和耐磨性能尤为显著。石墨烯是目前自然界最薄、强度最高的材料，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。石墨烯具有极高的导热系数，导热性能优于碳纳米管，可以吸附和脱附各种原子和分子，添加石墨烯后，金属接触表面吸附上一层石墨烯将大幅减小其摩擦系数和磨损率，金属的表面硬度会大幅增加，并且随着接触面之间的相对运动，石墨烯会均匀并且牢牢地附着在接触表面，使润滑效果更好，此外，还能一定程度上修复磨损凹槽和划痕，形成一层“石墨烯保护膜”，隔绝金属间的直接摩擦。具体实施时制剂参数：磷酸，分析纯，相对分子质量98.00，h3po4含量不少于85.0%。氢氧化铝，分析纯，分子量78.00。氧化铜，分析纯，cuo含量不少于99.0%。磷酸三丁酯，分析纯，c12h27o4p含量不少于98.5%。超细石墨粉，固定碳含量大于或等于98%，粒径2000～10000目。纳米二硫化钨粉，二硫化钨的含量大于或等于98%，颗粒度为30～1000nm。纳米氧化铝粉，氧化铝的含量大于或等于99%，颗粒度为30～1000nm。石墨烯，为单层、少层或多层结构，其纯度大于或等于95%，厚度0.5～8nm，层数1～10，片层直径0.5～50μm。填充固化式耐高温固体润滑轴承，在铜合金基体上预先加工好占基体表面积20%～40%的孔或槽，在孔或槽中填充高温粘结剂和固体润滑材料的混合物，经过加热固化处理，使二者结合成为一个整体作为固体润滑轴承；所述混合物由如下组份配比而成：高温粘结剂35%～45%，固体润滑材料55%～65%；高温粘结剂由如下组份配比而成：80%～90%磷酸和氢氧化铝质量比3.5：1的混合液，5%～10%氧化铜和5%～10%磷酸三丁酯；所述固体润滑材料由50%～75%超细石墨粉，10%～20%纳米二硫化钨粉，10%～20%纳米氧化铝和5%～10%石墨烯组成。铜合金基体抗拉强度高于750n/mm2，布氏硬度高于230hb。实施例一：实施实例1：填充固化式耐高温固体润滑轴承的制备配方一（1）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的高温粘结剂配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，将80%磷酸（分析纯，天津市永大化学试剂有限公司）和氢氧化铝（分析纯，天津市光复精细化工研究所）（质量比3.5：1）混合液，10%氧化铜（分析纯，天津市光复科技发展有限公司），10%磷酸三丁酯（分析纯，天津市光复精细化工研究所）按比例混合，搅拌均匀后制备成高温粘结剂；（2）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的固体润滑材料配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，75%超细石墨粉（东莞市瀚辉石墨有限公司，粒径2000目），10%纳米二硫化钨粉（阿尔山太平润滑材料有限公司，粒径300nm，ws2含量≥98%），10%纳米氧化铝（鑫鼎耐磨金属材料有限公司，粒度50nm）和5%石墨烯（苏州恒球石墨烯有限公司，多层结构，厚度3.4～8nm，层数6～10，片层直径5～50μm）混合形成固体润滑材料；（3）将35%高温粘结剂和65%固体润滑材料混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入固体润滑轴承基体上的孔或槽内，挤压紧实，铜合金轴承基体的硬度230hb，抗拉强度750n/mm2；（4）将固体润滑轴承放入真空干燥箱中进行真空固化处理，升温速率100℃/h，当温度加热到120℃后保温2h，然后随炉冷却到室温；（5）在数控车床上对固体润滑轴承进行内外圆表面精加工，铜合金固体润滑轴承内外圆表面粗糙度值达到ra1.6。实施例二：实施实例2：填充固化式耐高温固体润滑轴承的制备配方二（1）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的高温粘结剂配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，将80%磷酸和氢氧化铝（质量比3.5：1）混合液，10%氧化铜，10%磷酸三丁酯按比例混合，搅拌均匀后制备成高温粘结剂；（2）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的固体润滑材料配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，75%超细石墨粉，10%纳米二硫化钨粉，10%纳米氧化铝和5%石墨烯混合形成固体润滑材料；（3）40%高温粘结剂和60%固体润滑材料混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入固体润滑轴承基体上的孔或槽内，挤压紧实。固体润滑轴承制备方法同实施例一中所描述。实施例三：实施实例3：填充固化式耐高温固体润滑轴承的制备配方三（1）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的高温粘结剂配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，将80%磷酸和氢氧化铝（质量比3.5：1）混合液，10%氧化铜，10%磷酸三丁酯按比例混合，搅拌均匀后制备成高温粘结剂；（2）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的固体润滑材料配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，75%超细石墨粉，10%纳米二硫化钨粉，10%纳米氧化铝和5%石墨烯混合形成固体润滑材料；（3）45%高温粘结剂和55%固体润滑材料混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入固体润滑轴承基体上的孔或槽内，挤压紧实。固体润滑轴承制备方法同实施例一中所描述。实施例四：实施实例4：填充固化式耐高温固体润滑轴承的制备配方四（1）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的高温粘结剂配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，将85%磷酸和氢氧化铝（质量比3.5：1）混合液，7.5%氧化铜，7.5%磷酸三丁酯按比例混合，搅拌均匀后制备成高温粘结剂；（2）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的固体润滑材料配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，62.5%超细石墨粉，15%纳米二硫化钨粉，15%纳米氧化铝和7.5%石墨烯混合形成固体润滑材料；（3）35%高温粘结剂和65%固体润滑材料混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入固体润滑轴承基体上的孔或槽内，挤压紧实。固体润滑轴承制备方法同实施例一中所描述。实施例五：实施实例5：填充固化式耐高温固体润滑轴承的制备配方五（1）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的高温粘结剂配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，将85%磷酸和氢氧化铝（质量比3.5：1）混合液，7.5%氧化铜，7.5%磷酸三丁酯按比例混合，搅拌均匀后制备成高温粘结剂；（2）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的固体润滑材料配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，62.5%超细石墨粉，15%纳米二硫化钨粉，15%纳米氧化铝和7.5%石墨烯混合形成固体润滑材料；（3）40%高温粘结剂和60%固体润滑材料混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入固体润滑轴承基体上的孔或槽内，挤压紧实。固体润滑轴承制备方法同实施例一中所描述。实施例六：实施实例6：填充固化式耐高温固体润滑轴承的制备配方六（1）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的高温粘结剂配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，将85%磷酸和氢氧化铝（质量比3.5：1）混合液，7.5%氧化铜，7.5%磷酸三丁酯按比例混合，搅拌均匀后制备成高温粘结剂；（2）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的固体润滑材料配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，62.5%超细石墨粉，15%纳米二硫化钨粉，15%纳米氧化铝和7.5%石墨烯混合形成固体润滑材料；（3）45%高温粘结剂和55%固体润滑材料混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入固体润滑轴承基体上的孔或槽内，挤压紧实。固体润滑轴承制备方法同实施例一中所描述。实施例七：实施实例7：填充固化式耐高温固体润滑轴承的制备配方七（1）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的高温粘结剂配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，将90%磷酸和氢氧化铝（质量比3.5：1）混合液，5%氧化铜，5%磷酸三丁酯按比例混合，搅拌均匀后制备成高温粘结剂；（2）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的固体润滑材料配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，50%超细石墨粉，20%纳米二硫化钨粉，20%纳米氧化铝和10%石墨烯混合形成固体润滑材料；（3）35%高温粘结剂和65%固体润滑材料混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入固体润滑轴承基体上的孔或槽内，挤压紧实。固体润滑轴承制备方法同实施例一中所描述。实施例八：实施实例8：填充固化式耐高温固体润滑轴承的制备配方八（1）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的高温粘结剂配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，将90%磷酸和氢氧化铝（质量比3.5：1）混合液，5%氧化铜，5%磷酸三丁酯按比例混合，搅拌均匀后制备成高温粘结剂；（2）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的固体润滑材料配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，50%超细石墨粉，20%纳米二硫化钨粉，20%纳米氧化铝和10%石墨烯混合形成固体润滑材料；（3）40%高温粘结剂和60%固体润滑材料混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入固体润滑轴承基体上的孔或槽内，挤压紧实。固体润滑轴承制备方法同实施例一中所描述。实施例九：实施实例9：填充固化式耐高温固体润滑轴承的制备配方九（1）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的高温粘结剂配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，将90%磷酸和氢氧化铝（质量比3.5：1）混合液，5%氧化铜，5%磷酸三丁酯按比例混合，搅拌均匀后制备成高温粘结剂；（2）将填充固化式耐高温固体润滑轴承的固体润滑材料配方中所用材料按重量百分比分别进行称量，50%超细石墨粉，20%纳米二硫化钨粉，20%纳米氧化铝和10%石墨烯混合形成固体润滑材料；（3）45%高温粘结剂和55%固体润滑材料混合后搅拌均匀形成粘稠状膏体，压入固体润滑轴承基体上的孔或槽内，挤压紧实。固体润滑轴承制备方法同实施例一中所描述。固体润滑轴承制备方法同实施例一中所描述。在固体润滑轴承试验台上对本发明试样进行磨损测试。测试条件为压力1mpa，转速200r/min，时间2h，测试温度500℃，以摩擦前后固体润滑轴承试样的重量损失作为磨损量。将固体润滑轴承试样放入马弗炉中，在600℃条件下保温3h，评判固体润滑材料的耐高温性能，测试结果如表1所示。表1固体润滑轴承性能测试结果实施例摩擦系数磨损量/g固体润滑材料600℃条件下是否熔融或脱落实施例10.180.37否实施例20.210.43否实施例30.230.47否实施例40.220.45否实施例50.250.51否实施例60.280.57否实施例70.270.55否实施例80.310.63否实施例90.350.71否从表1可以看出，本发明的填充固化式耐高温固体润滑轴承具有摩擦系数小、耐磨性能好等性能优势，在600℃高温下固体润滑材料不熔融或脱落，固体润滑轴承可在500℃以下环境长期使用。应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。当前第1页12