专利名称：一种金属塑料复合轴瓦及其制造方法
技术领域：
本发明涉及复合材料滑动轴承领域，具体而言，涉及一种金属塑料复合轴瓦及其制造方法。
背景技术：
使用金属塑料复合材料制造滑动轴承的轴瓦，可以获得较好的机械性能，现有技术中存在多种金属塑料复合轴瓦材料的制造方法。
中国发明专利ZL 98114436. 5公开了一种“弹性金属塑料推力轴承制造方法”，其步骤包括(I)采用直径为O. 35 O. 45mm的金属丝绕制成外径为2. 6 3. 3mm的螺旋簧， 再剪截成长度为25 45mm的螺旋簧段；(2)将加工成的螺旋簧段均匀、无序地随机散入模具内，限位加压，制成金属丝垫毛坯；(3 )在金属丝垫毛坯上放置一层改性聚四氟乙烯树脂，然后加压至38 48MPa，在此压力下保持I 2分钟；(4)将压制好的轴承毛坯放入炉中烧结，烧结温度为385 395°C，在此温度下保持60 90分钟，然后随炉自然降温、出炉。
中国发明专利ZL 90103367公开了一种弹性推力瓦，以金属丝形成的多孔弹性垫为基体，填充改性聚四氟乙烯塑料，其深度为基体厚度的1/2 2/3，并使表面形成厚度为 O. 5 3mm的耐磨层，改性聚四氟乙烯塑料的组分质量配比为铅5 40%,聚四氟乙烯60 95%混合。一种制造上述弹性推力瓦的方法，包括弹性垫坯料的制作、混料、弹性推力瓦的压制、塑料烧结等工序，在弹性垫坯料的制作工序中先将直径为O. 4 O. 6mm的锡铜丝，缠绕成螺旋簧，其外径4 6mm,长度为300 600mm,然后把螺旋簧放置在瓦模中,在压力机上压制成弹性垫坯料，其孔隙率为50 70% ;混料是将200目的铅粉混入聚四氟乙烯粉中， 用40 80目标准筛过筛2 4次；弹性推力瓦的压制是将弹性垫坯料装入所要求尺寸的扇形瓦模中，然后均匀的装入改性聚四氟乙烯，在压力机上压制成型，压力为25 35MPa ； 塑料烧结是将弹性推力瓦放置在烧结炉内，在氢气保护下进行烧结，其烧结温度为350 380°C，恒温15 35分钟出炉，自然冷却。
以上介绍的现有技术的金属塑料复合轴瓦的制造方法存在如下不足
I.复合轴瓦的成本高复合轴瓦的塑料表面层耐磨损性能差，为了保证轴承使用寿命，不得不将表面塑料层设计成较大的厚度，导致复合轴瓦的成本升高。上述制造方法制成的复合轴瓦的瓦面厚度一般为8 IOmm,金属丝垫厚度为5 7mm,其铺撒密度为I. 9 2. 4g/cm2 ;填充改性聚四氟乙烯塑料层厚度为I. 5 2. 5mm，铺撒密度为O. 85 O. 95g/cm2 ； 其余厚度为塑料与金属丝垫层互相嵌入的深度。
2.复合轴瓦的应用范围受到限制上述复合轴瓦的塑料表面层厚度大，不适宜应用于径向轴承。公认的弹性金属塑料复合轴瓦是一种摩擦磨损性能优异的复合材料轴瓦， 广泛用来替代巴士合金轴瓦，但金属塑料复合轴瓦也有自身的局限性，即其导热系数低，线膨胀系数大，此缺点在作为推力轴承时无不良影响，但如果作为径向轴承使用时会由于运行温度的升高，影响轴承的尺寸稳定性，甚至造成事故。塑料层厚度大，造成热膨胀量增大， 同时更不利于散热，易造成烧瓦、抱轴等事故。CN 102979819 A书明说2/5页
3.由于上述瓦面需通过钎焊的方法与不同形状的瓦基结合在一起，经过后续加工才成为轴瓦制品，而钎焊之前以及钎焊过程中需要将金属丝垫层中的孔隙通过真空浸锡等方法充满焊料锡，其目的是提高钎焊质量。这样不仅金属丝和聚四氟乙烯塑料的用量大，更重要的是会消耗大量的锡，导致复合轴瓦的成本升高。而且，现有技术制作复合轴瓦的金属丝垫层孔隙率较大，在金属丝垫层减薄的情况下，铺撒聚四氟乙烯树脂粉末的过程中，树脂粉末会透过金属丝垫层到达钎焊表面，对后续的钎焊形成阻焊效应，影响钎焊质量。
4.现有技术制作的聚四氟乙烯塑料层厚度一般为I. 5 2. 5mm，而且金属丝垫层的孔隙率较大，受制造方法的影响，精度的可控性极差，厚度误差就达到1mm，其原因是在压制金属丝垫层时尽管有限位块进行限位，但金属丝螺旋簧段的铺撒为手工，铺撒密度有不均匀性，另外整个面积上各点金属丝螺旋簧段的弹性也会有差异，因此压制后的回弹量也会有差异，在这种情况下铺撒聚四氟乙烯树脂粉末，会造成铺撒密度不均匀，因此聚四氟乙烯塑料层厚度偏差大。在这种工艺情况下，如果将聚四氟乙烯塑料层厚度减薄，个别地方可能会有金属丝露出表面，而这对于复合轴瓦来说是不允许的。发明内容
本发明提供了一种金属塑料复合轴瓦及其制造方法，以至少解决现有技术中金属塑料复合轴瓦材料的表面塑料层厚度较大，导致复合轴瓦成本高、应用范围受限的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种金属塑料复合轴瓦，包括瓦面和瓦基，瓦面的厚度为3 6mm，包括金属丝垫层和聚四氟乙烯塑料表面层，其中，金属丝垫层的厚度为 2. 5 5mm,由直径为O. 2 O. 3mm的金属丝制作而成；聚四氟乙烯塑料表面层的厚度为 O. 5 L 5mmο
进一步地，聚四氟乙烯塑料表面层由填充改性聚四氟乙烯制成，该填充改性聚四氟乙烯的成分为20 30wt%的聚苯脂，I 8wt%的芳纟仑纤维，以及余量的聚四氟乙烯。
进一步地，填充改性聚四氟乙烯的成分为20wt%的聚苯脂，2wt%的芳纶纤维，以及 78wt%的聚四氟乙烯。
根据本发明的另一个方面，提供了一种金属塑料复合轴瓦的制造方法，包括以下步骤A、采用直径为O. 2 O. 3mm的金属丝绕制成螺旋簧，再剪裁成螺旋簧段；B、将螺旋簧段均匀、无序地散入模具内，限位加压，制成金属丝垫毛坯；C、在金属丝垫毛坯上放置一层聚四氟乙烯树脂粉末，然后加压进行压制成型；D、将压制好的瓦面毛坯进行烧结，得到瓦面；E、将所述瓦面钎焊在瓦基上，得到金属塑料复合轴瓦。
进一步地，螺旋簧的外径为2. O 3. Omm,螺旋簧段的长度为10 40mm。
进一步地，螺旋簧段散入模具内的面密度为O. 8 I. 9g/cm2。
进一步地，聚四氟乙烯树脂粉末放置在金属丝垫毛坯上的面密度为0.46 O. 64g/cm2。
进一步地，步骤C中的压制成型的压力为30 50MPa。
进一步地，步骤D中的烧结温度为370 395°C，保温时间为60 90分钟。
应用本发明的技术方案的金属塑料复合轴瓦及其制造方法，通过采用直径为 O. 2 O. 3mm的金属丝制作金属丝垫层，显著降低了金属丝垫层的厚度，同时显著降低了金属丝垫层的孔隙率，得到了一种减薄型的瓦面以及包括它的金属塑料复合轴瓦，达到了节约材料成本、扩大复合轴瓦应用范围、保证钎焊质量、提高表面均匀性的技术效果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行详细的说明，但如下实施例仅是用以理解本发明，而不能限制本发明，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
在本发明一种典型的实施方式中，金属塑料复合轴瓦，包括瓦面和瓦基，瓦面包括金属丝垫层和聚四氟乙烯塑料表面层，厚度为3 6mm，其中，金属丝垫层的厚度为2. 5 5mm,由直径为O. 2 O. 3mm的金属丝制作而成；聚四氟乙烯塑料表面层的厚度为O. 5 1mm。上述金属丝垫层的厚度包含了与聚四氟乙烯塑料层相互嵌入的部分的深度。通过采用直径为O. 2 O. 3mm的金属丝制作金属丝垫层，显著降低了金属丝垫层的厚度，得到了一种减薄型的瓦面以及包括它的金属塑料复合轴瓦，具有如下优点
I.可以使得金属丝垫层厚度降低35% 55%，相应的聚四氟乙烯塑料表面层厚度降低50% 75%，从而节约材料成本30% 50%，具有明显的经济效益。
2.减薄型的瓦面也扩大了金属塑料复合轴瓦的应用范围，不仅可以用于推力轴承，也可以用于径向轴承。
3.可以显著降低金属丝垫层的孔隙率，从而防止铺撒过程中聚四氟乙烯树脂粉末透过金属丝垫层到达钎焊表面形成阻焊效应，保证了后续加工中的钎焊质量。
4.由于金属丝垫层的厚度大大减薄，其厚度不均匀性的误差绝对值也大大降低， 从而可以在保证表面均匀性的情况下进一步降低聚四氟乙烯塑料表面层厚度。
在本发明优选的实施方式中，聚四氟乙烯塑料表面层由填充改性聚四氟乙烯制成，该填充改性聚四氟乙烯的成分为20 30wt%的聚苯脂，I 8wt%的芳纟仑纤维，以及余量的聚四氟乙烯。进一步优选地，填充改性聚四氟乙烯的成分为20wt%的聚苯脂，2wt%的芳纶纤维，以及78wt%的聚四氟乙烯。采用上述配方的填充改性聚四氟乙烯形成的聚四氟乙烯塑料表面层的耐磨损性能相比较于现有技术提高100倍以上，摩擦系数降低至O. 08以下(现有技术的摩擦系数为O. 15 O. 16)，从而使得金属塑料复合轴瓦的使用寿命得到大大提闻。
在本发明另一种典型的实施方式中，金属塑料复合轴瓦的制造方法包括以下步骤:A、采用直径为O. 2 O. 3mm的金属丝绕制成螺旋簧，再剪裁成螺旋簧段；B、将螺旋簧段均匀、无序地散入模具内，限位加压，制成金属丝垫毛坯；C、在金属丝垫毛坯上放置一层聚四氟乙烯树脂粉末，然后加压进行压制成型；D、将压制好的瓦面毛坯进行烧结，得到瓦面； E、将瓦面钎焊在瓦基上，得到金属塑料复合轴瓦。通过采用直径为O. 2 O. 3mm的金属丝绕制螺旋簧，再剪裁成螺旋簧段，进而在模具内限位加压制作金属丝垫层，可以显著降低金属丝垫层的厚度，同时可以显著降低金属丝垫层的孔隙率，从而达到节约材料成本、扩大复合轴瓦应用范围、保证钎焊质量、提高表面均匀性的技术效果。
优选地，螺旋簧的外径为2. O 3. Omm,螺旋簧段的长度为10 40mm。该尺寸范围的螺旋簧和螺旋簧段，可以在模具内较好地分散均匀，并在限位加压后形成2. 5 5mm的减薄的金属丝垫层。
优选地，螺旋簧段散入模具内的面密度为O. 8 I. 9g/cm2。螺旋簧段采用这样的面密度散入模具，可以使制得的金属丝垫层孔隙率小、密实度大。
优选地，聚四氟乙烯树脂粉末放置在金属丝垫毛坯上的面密度为O. 46 O. 64g/ cm2。聚四氟乙烯树脂粉末采用这样的面密度铺撒，可以在保证表面均匀性的情况下降低制得的聚四氟乙烯塑料表面层的厚度。
优选地，上述步骤C中的压制成型的压力为30 50MPa。采用这样的压制成型压力，可以得到相互嵌合紧密的包括金属丝垫层和聚四氟乙烯塑料表面层的瓦面。
优选地，上述步骤D中的烧结温度为370 395°C，保温时间为60 90分钟。采用这样的烧结工艺参数，可以使得瓦面中金属丝垫层和聚四氟乙烯塑料表面层进一步相互嵌合紧密，获得良好的结合力。
下面将结合实施例进一步说明本发明的有益效果。
实施例I
选择直径为O. 3mm的铜包钢丝绕制成外径为3. Omm的螺旋簧，再剪截成长度为 30mm的螺旋簧段；将加工成的螺旋簧段按面密度为I. 25g/cm2先进行称重，然后均匀、无序地散入模具内，限位加压、制成金属丝垫毛坯，孔隙率为20%。
按照聚四氟乙烯78wt%,聚苯脂20wt%,芳绝纤维2wt%的配比进行混料,制备填充聚四氟乙烯树脂粉末。将制备好的填充聚四氟乙烯树脂粉末按面密度为O. 64g/cm2先进行称重，然后均匀放置在金属丝垫毛坯上，加压至50MPa，在此压力下保持2分钟，得到瓦面毛坯。
将压好的瓦面毛坯放入炉中烧结，烧结温度为380°C，在此温度下保持60分钟，然后随炉自然降温、出炉，得到瓦面。采用钎焊将瓦面焊在钢瓦基上，得到金属塑料复合轴瓦。 瓦面的厚度为5. Omm,其中，金属丝垫毛还的厚度为3. 5mm,聚四氟乙烯塑料表面层的厚度为 I. 5mmο
实施例2
选择直径为O. 2mm的铜包钢丝绕制成外径为3. Omm的螺旋簧，再剪截成长度为 40mm的螺旋簧段；将加工成的螺旋簧段按面密度为I. 75g/cm2先进行称重，然后均匀、无序地散入模具内，限位加压、制成金属丝垫毛坯，孔隙率为20%。
按照聚四氟乙烯68wt%,聚苯脂24wt%,芳纟仑纤维8wt%的配比进行混料,制备填充聚四氟乙烯树脂粉末。将制备好的填充聚四氟乙烯树脂粉末按面密度为O. 55g/cm2先进行称重，然后均匀放置在金属丝垫毛坯上，加压至40MPa，在此压力下保持2分钟，得到瓦面毛坯。
将压好的瓦面毛坯放入炉中烧结，烧结温度为395°C，在此温度下保持75分钟，然后随炉自然降温、出炉，得到瓦面。采用钎焊将瓦面焊在钢瓦基上，得到金属塑料复合轴瓦。 瓦面的厚度为6. Omm,其中，金属丝垫毛还的厚度为5. Omm,聚四氟乙烯塑料表面层的厚度为 I. Omnin
实施例3
选择直径为O. 25mm的铜包钢丝绕制成外径为2. Omm的螺旋簧，再剪截成长度为 IOmm的螺旋簧段；将加工成的螺旋簧段按面密度为O. 88g/cm2先进行称重，然后均匀、无序地散入模具内，限位加压、制成金属丝垫毛坯，孔隙率为20%。
按照聚四氟乙烯69wt%,聚苯脂30wt%,芳绝纤维lwt%的配比进行混料,制备填充聚四氟乙烯树脂粉末。将制备好的填充聚四氟乙烯树脂粉末按面密度为O. 46g/cm2先进行称重，然后均匀放置在金属丝垫毛坯上，加压至30MPa，在此压力下保持2分钟，得到瓦面毛坯。
将压好的瓦面毛坯放入炉中烧结，烧结温度为370°C，在此温度下保持90分钟， 然后随炉自然降温、出炉，得到瓦面。采用钎焊将瓦面焊在钢瓦基上，得到金属塑料复合轴瓦。瓦面的厚度3. Omm,其中，金属丝垫毛还的厚度2. 5mm,聚四氟乙烯塑料表面层的厚度 O. 5mmο
对比例
选择直径为O. 40mm的金属丝绕制成外径为4. Omm的螺旋簧,再剪截成长度为45mm 的螺旋簧段；将加工成的螺旋簧段按面密度为I. 93g/cm2先进行称重，然后均匀、无序地散入模具内，限位加压、制成金属丝垫毛坯，孔隙率为30%。
按照聚四氟乙烯78wt%,聚苯脂20wt%,芳绝纤维2wt%的配比进行混料,制备填充聚四氟乙烯树脂粉末。将制备好的填充聚四氟乙烯树脂粉末按面密度为O. 84g/cm2先进行称重，然后均匀放置在金属丝垫毛坯上，加压至48MPa，在此压力下保持2分钟，得到瓦面毛坯。
将压好的瓦面毛坯放入炉中烧结，烧结温度为390°C，在此温度下保持60分钟， 然后随炉自然降温、出炉，得到瓦面。采用钎焊将瓦面焊在钢瓦基上，得到金属塑料复合轴瓦。瓦面的厚度8mm,其中，金属丝垫毛还的厚度为5. 5mm,聚四氟乙烯塑料表面层的厚度 2. 5mmο
对实施例I至3和对比例I得到的金属塑料复合轴瓦分别进行热弹性流体动压润滑测试，测试结果如表I所示
表I
摩檫功耗最小油膜厚度最大单位压力最高油膜温度实施例I195. 5KW52 μm10.7MPa71. 9 °C实施例2195. 5KW52 μm10.7MPa71. 9 °C实施例3195. 5KW52 μm10.7MPa71. 9 °C对比例193. 9KW54 μ m11. IMPa73. 2 °C
从以上测试结果可见，实施例I至3制得的减薄型金属塑料复合轴瓦相比较于对比例制得的通常厚度的金属塑料复合轴瓦，其热弹性流体动压润滑性能相当，从而可以在保证轴瓦润滑性能的前提下降低成本、扩大应用范围。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种金属塑料复合轴瓦，包括瓦面和瓦基，其特征在于，所述瓦面的厚度为3 6_，包括金属丝垫层和聚四氟乙烯塑料表面层，其中， 所述金属丝垫层的厚度为2. 5 5mm,由直径为0. 2 0. 3mm的金属丝制作而成； 所述聚四氟乙烯塑料表面层的厚度为0. 5 I. 5_。
2.根据权利要求I所述的金属塑料复合轴瓦，其特征在于， 所述聚四氟乙烯塑料表面层由填充改性聚四氟乙烯制成，所述填充改性聚四氟乙烯的成分为20 30wt%的聚苯脂，I 8wt%的芳纟仑纤维，以及余量的聚四氟乙烯。
3.根据权利要求2所述的金属塑料复合轴瓦，其特征在于， 所述填充改性聚四氟乙烯的成分为20wt%的聚苯脂，2wt%的芳纶纤维，以及78wt%的聚四氟乙烯。
4.一种如权利要求I至3中任一项所述的金属塑料复合轴瓦的制造方法，其特征在于，包括以下步骤 A、采用直径为0.2 0. 3mm的金属丝绕制成螺旋簧，再剪裁成螺旋簧段； B、将所述螺旋簧段均匀、无序地散入模具内，限位加压，制成金属丝垫毛坯； C、在所述金属丝垫毛坯上放置一层聚四氟乙烯树脂粉末，然后加压进行压制成型； D、将压制好的瓦面毛坯进行烧结，得到瓦面； E、将所述瓦面钎焊在瓦基上，得到所述金属塑料复合轴瓦。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述螺旋簧的外径为2.0 3. Omm,所述螺旋簧段的长度为10 40mm。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述螺旋簧段散入模具内的面密度为 0. 8 I. 9g/cm2。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯树脂粉末放置在所述金属丝垫毛还上的面密度为0. 46 0. 64g/cm2。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤C中的压制成型的压力为30 50MPa。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述步骤D中的烧结温度为370 .395 °C，保温时间为60 90分钟。
全文摘要
本发明提供了一种金属塑料复合轴瓦及其制造方法。该金属塑料复合轴瓦包括瓦面和瓦基，瓦面的厚度为3～6mm，包括金属丝垫层和聚四氟乙烯塑料表面层，其中，金属丝垫层的厚度为2.5～5mm，由直径为0.2～0.3mm的金属丝制作而成；聚四氟乙烯塑料表面层的厚度为0.5～1.5mm。本发明通过采用直径为0.2～0.3mm的金属丝制作金属丝垫层，显著降低了金属丝垫层的厚度，同时显著降低了金属丝垫层的孔隙率，得到了一种减薄型的瓦面以及包括它的金属塑料复合轴瓦，达到了节约材料成本、扩大复合轴瓦应用范围、保证钎焊质量、提高表面均匀性的技术效果。
文档编号C08L77/10GK102979819SQ20121048720
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者魏柏林, 李云龙, 范晶昌, 陈丽娟 申请人:大连三环复合材料技术开发有限公司