专利名称：铝基三层复合自润滑轴承及其制法的制作方法
技术领域：
本发明在国际专利分类表中属于轴承小类，即F16C，特别涉及铝基三层复合自润滑轴承材料的制法和由此制造的轴承。
背景技术：
早在20世纪中叶，英国格拉西亚(GLACIER)公司发明了以钢板为基体，中间烧结球形青铜粉，表面敷设烧结并辊轧减摩耐磨塑料的三层复合材料，然后卷制成轴套状自润滑轴承，通常称作DU轴承。该轴承具有耐磨性能好、摩擦系数小、低噪音、走合性能好和自润滑的特点。以后又派生出不锈钢基、铜基的三层复合轴承。但是，以上轴承有两个弱点，一是减摩耐磨塑料层以聚四氟乙烯和铅为主，工作时会产生有毒的铅气体和磨损后的含铅物质，因此在食品机械、制药工业和办公设备等绿色环保领域中，受到排斥；二是本身质量大，而且DU中钢的耐大气、水分和防锈、防氧化的性能不佳，因此在航空航天等轻量化要求很高的领域中，其应用受到了制约。
众所周知，铝合金的比重轻，仅为2.7g/mm3。它在大气中极易氧化而形成一层极致密并且稳定的氧化铝薄膜，因此能有效隔绝铝与氧气、水、油的直接接触。另外，虽然无铅球形青铜粉已有市场供应，但是减摩耐磨塑料层要做到无铅也是并非容易的事，因为不含铅时减摩和耐磨性能会因无铅而下降，探索减摩耐磨材料的配比和制法已成为技术关键。另外，铝合金板的熔点为660℃，而青铜粉的熔点却高达900℃以上，所以青铜粉与铝合金基板烧结的工艺根本无法实施。
发明内容
本发明的目的是探求铝基三层复合自润滑轴承的新制品和新制法。它能保持已有技术自润滑的特点，又具有质量小、无铅毒的优点。
为实现上述目的，采用铝合金板作为基板和新的制法，以及传统的用板材制造轴套状轴承、轴瓦、止推垫片或称止推轴承的工艺路线。
公开新的技术方案如下铝基三层复合自润滑轴承的特征在于轴承由铝合金板为基体，无铅球形青铜粉层和减摩耐磨塑料层依次结合而成。
所说的基体是厚度为0.6～4.8毫米的铝合金板，与厚度为0.10～0.15毫米的无铅球形青铜粉层呈熔融状态结合在一起；减摩耐磨塑料层与无铅球形青铜粉层的结合呈互相嵌入状态，减摩耐磨层在无铅球形青铜粉层面上的厚度为0.02～0.07毫米。
铝基三层复合自润滑轴承的表面层减摩耐磨塑料层的组份，按重量百分比计为无铅青铜粉、锑粉、锡粉中的一种或一种以上10～25作为金属填充剂；石墨、二硫化钼、氟化钙中的一种或一种以上粉料或纤维10～30，作为无机填充剂；聚芳砜、聚酰亚胺、聚羟基苯甲酰、聚苯硫醚中的一种或一种以上10～25，作为有机填充剂；余量为聚四氟乙烯。
铝基三层复合自润滑轴承材料的制法是A、制备铝基球粉板①按所需规格剪取铝合金板基体材料，然后将其一个表面砂毛或喷砂处理，最后清洗并烘干；②采用热喷涂工艺将100～140目的无铅球形青铜粉喷涂在基体上，控制无铅球形青铜粉层的厚度在0.10～0.15毫米范围；B、制备减摩耐磨塑料层材料①配料按前述重量百分比分别配聚四氟乙烯、金属填充剂、无机及有机填充剂粉料或纤维料；②搅拌，将除聚四氟乙烯外的粉料或纤维料混合搅拌三次，每次5～10分钟，成为混合物，搅拌机转速2000～4000转/分，三次过筛，筛目60以上；③制乳液，将聚四氟乙烯制成含固量为60％的乳液；④制可铺展软体，将上述混合物和乳液混合，在转速为20～60转/分搅拌机内搅拌5～10分钟，环境温度15～25℃；C、制三层复合自润滑轴承材料①铺轧，将可铺展软体铺轧在球粉板上，使其部分辊轧在无铅球形青铜粉的空隙中，呈互相嵌合状态，成为减摩耐磨塑料层，该层此时高出铜粉层0.06～0.10毫米；②烘干，在220～280℃温度下，烘20～30分钟，以乳液中水份完全蒸发为准；
③烧结，在氮气保护烧结炉中的烧结，烧结温度370～380℃，时间36～45分钟，氮气纯度99.9％以上，流量根据不同烧结炉而定，以不氧化为最小流量；④终轧，将烧结后的板材轧至成品板材的厚度，轧制量在0.01毫米以上，此时铜粉层上减摩耐磨塑料层厚度为0.02～0.07毫米。
按照本发明工艺路线制成的轴承，包括轴套状轴承、轴瓦和止推轴承，还可以做成形状和滑板一类的摩擦部位结构零件。其主要型式轴承是以板材冲剪展开长度后用模具卷制、整形并机械加工而成。轴承的内径为Φ5mm至Φ150mm；壁厚为0.75mm至5.0mm；宽度为5mm至200mm；轴承有一条与轴线平行的工艺开口缝。这种轴承不但具有DU轴承所有应用特点，可应用于各种机械的回转、摇摆或往复运动，例如汽车、摩托车、纺织机械、液压元件、压力机械、健身器材；更具有质量轻、无铅害和耐水、气、防锈、防氧化的优点，特别适用于航空航天领域，以及卫生环保要求较高的行业，例如食品和饮料机械、制药机械、家用电器、健身器械、办公设备、包括轿车门铰链和座椅等场合。
图1是本发明轴套状轴承的剖面示意图。
图2是图1的左视图。
图3是本发明轴瓦剖面示意图。
图4是图3的左视图。
图5是本发明止推轴承即止推垫片的剖面示意图。
图6是图5的左视图。
图7是图1的轴向剖面的金相结构图，显示球形青铜粉与铝合金基板的结合状态；还显示了减摩耐磨材料与球形青铜粉互相嵌合的状态。
在图1-7中1，基体2，无铅球形青铜粉层3，减摩耐磨塑料层4，工艺开口缝。
图8以卷制轴承为例的工艺流程方框示意图。轴瓦和止推垫片的工序在制得三层复合板材后与相应传统工艺相同。
具体实施例方式
铝基三层复合自润滑轴承，由铝合金板为基体1，无铅球形青铜粉层2和减摩耐磨塑料层3依次结合而成。
A、所说的基体1为铝合金板的厚度为0.6～4.8毫米，与厚度为0.10～0.15毫米的无铅球形青铜粉层2呈熔融状态结合在一起；
B、减摩耐磨塑料层3与无铅球形青铜粉层2的结合呈互相嵌入状态，减摩耐磨塑料层3在无铅球形青铜粉层2面上的厚度为0.02～0.07毫米。
铝基三层复合自润滑轴承的减摩耐磨塑料层3的组份，按重量百分比计为A、无铅青铜粉、锑粉、锡粉中的一种或一种以上10～25作为金属填充剂；B、石墨、二硫化钼、氟化钙中的一种或一种以上粉料或纤维10～30，作为无机填充剂；C、聚芳砜、聚酰亚胺、聚羟基苯甲酰、聚苯硫醚中的一种或一种以上10～25，作为有机填充剂；D、余量为聚四氟乙烯。
铝基三层复合自润滑轴承材料的制法A、制备铝基球粉板①按所需规格剪取铝合金板，然后将其一个表面砂毛或喷砂处理，最后清洗并烘干；②采用热喷涂工艺将100～140目的无铅球形青铜粉喷涂在基体上，控制无铅球形青铜粉层2的厚度在0.10～0.15毫米范围；B、制备减摩耐磨塑料层材料①配料按前述重量百分比分别配聚四氟乙烯、金属填充剂、无机及有机填充剂粉料或纤维料；②搅拌，将除聚四氟乙烯外的粉料或纤维料混合搅拌三次，每次5～10分钟，成为混合物，搅拌机转速2000～4000转/分，三次过筛，筛目60以上；③制乳液，将聚四氟乙烯制成含固量为60％的乳液；④制可铺展软体，将上述混合物和乳液混合，在转速为20～60转/分搅拌机内搅拌5～10分钟，环境温度15～25℃；C、制三层复合自润滑轴承材料①铺轧，将可铺展软体铺轧在球粉板上，使其部分辊轧在无铅球形青铜粉的空隙中，呈互相嵌合状态，成为减摩耐磨塑料层3，该层此时高出铜粉层2的0.06～0.10毫米；②烘干，在220～280℃温度下，烘20～30分钟，以乳液中水份完全蒸发为准；③烧结，在氮气保护烧结炉中的烧结，烧结温度370～380℃，时间36～45分钟，氮气纯度99.9％以上，流量根据不同烧结炉而定，以不氧化为最小流量；
④终轧，将烧结后的板材轧至成品板材的厚度，轧制量在0.01毫米以上，此时铜粉层上减摩耐磨塑料层厚度为0.02～0.07毫米。
铝基三层复合自润滑轴承，在三层复合自润滑轴承材料的制法中，可在烘干和烧结两工序之间增加中轧工序，轧制量为0.02～0.04毫米。
铝基三层复合自润滑轴承的主要性能指标决定于减摩耐磨塑料层的材料组成和配比，产品的具体制造工序与传统产品工艺大致相同。现在举例说明材料配方实施例1，材料配方按重量比青铜粉20％、二硫化钼15％、碳纤维10％聚羟基苯甲酰20％、余量为聚四氟乙烯。
实施例2，材料配方按重量比锑粉20％、石墨10％、氟化钙10％、聚苯硫醚15％、余量为聚四氟乙烯。
实施例3，材料配方按重量比锡粉20％、二硫化钼15％、聚羟基苯甲酰10％、聚酰亚胺15％、余量为聚四氟乙烯。
按照这样的材料组分，最后做成规格为外径×内径×高度＝Φ39 ×Φ35×20的滑动轴承试样，在MPV-20摩擦磨损试验机上进行试验，工况条件无润滑，给定速度0.5m/s，逐级加载，试验极限时间2小时，试验结果见下表。
极限PV试验比较情况表
从以上试验数据可见，虽然塑料层组分不同，实施例1和实施例3都达了国际上DU产品PV极限值为3.6N/mm2·m/s的要求以上；实施例2的PV值稍低一些；三个实施例的摩擦系数均在0.2以下，比较理想。磨损量指标实施例2稍差为0.045mm，其余两个均在0.03mm以下，比较理想。两个实施例温度在120℃以下，实施例2温度超过120℃而试验中止。
以上三个实施例总的来讲还是不错的，其中实施例2可以在材料组分上作进一步筛选和探索。综上所述本发明已经具备摩擦磨损性能与DU轴承相仿，而更具轻量化、耐腐蚀和绿色环保的优良特性，该产品预期具有广阔的推广应用前景，造福于人类。
权利要求
1.一种铝基三层复合自润滑轴承，其特征在于轴承由铝合金板为基体(1)、无铅球形青铜粉层(2)和减摩耐磨塑料层(3)依次结合而成A、所说的基体(1)是厚度为0.6～4.8毫米的铝合金板，与厚度为0.10～0.15毫米的无铅球形青铜粉层(2)呈熔融状态结合在一起；B、减摩耐磨塑料层(3)与无铅球形青铜粉层(2)的结合呈互相嵌入状态，减摩耐磨塑料层(3)在无铅球形青铜粉层(2)面上的厚度为0.02～0.07毫米。
2.如权利要求1所述的铝基三层复合自润滑轴承，其特征在于减摩耐磨塑料层(3)的组份，按重量百分比计为A、无铅青铜粉、锑粉、锡粉中的一种或一种以上10～25作为金属填充剂；B、石墨、二硫化钼、氟化钙中的一种或一种以上粉料或纤维10～30，作为无机填充剂；C、聚芳砜、聚酰亚胺、聚羟基苯甲酰、聚苯硫醚中的一种或一种以上10～25，作为有机填充剂；D、余量为聚四氟乙烯。
3.如权利要求1或2所述的铝基三层复合自润滑轴承，其特征在于铝基三层复合自润滑轴承材料的制法A、制备铝基球粉板①按所需规格剪取铝合金板基体(1)，然后将其一个表面砂毛或喷砂处理，最后清洗并烘干；②采用热喷涂工艺将100～140目的无铅球形青铜粉喷涂在基体(1)上，控制无铅球形青铜粉层(2)的厚度在0.10～0.15毫米范围；B、制备减摩耐磨塑料层材料①配料，按前述重量百分比分别配聚四氟乙烯、金属填充剂、无机及有机填充剂粉料或纤维料；②搅拌，将除聚四氟乙烯外的粉料或纤维料混合搅拌三次，每次5～10分钟，成为混合物，搅拌机转速2000～4000转/分，三次过筛，筛目60以上；③制乳液，将聚四氟乙烯制成含固量为60％的乳液；④制可铺展软体，将上述混合物和乳液混合，在转速为20～60转/分搅拌机内搅拌5～10分钟，环境温度15～25℃；C、制三层复合自润滑轴承材料①铺轧，将可铺展软体铺轧在球粉板上，使其部分辊轧在无铅球形青铜粉的空隙中，呈互相嵌合状态，成为减摩耐磨塑料层，该层此时高出铜粉层0.06～0.10毫米；②烘干，在220～280℃温度下，烘20～30分钟，以乳液中水份完全蒸发为准；③烧结，在氮气保护烧结炉中的烧结，烧结温度370～380℃，时间36～45分钟，氮气纯度99.9％以上，流量根据不同烧结炉而定，以不氧化为最小流量；④终轧，将烧结后的板材轧至成品板材的厚度，轧制量在0.01毫米以上，此时铜粉层上减摩耐磨塑料层厚度为0.02～0.07毫米。
4.如权利要求3所述的铝基三层复合自润滑轴承，其特征是三层复合自润滑轴承材料的制法中，可在烘干和烧结两工序之间增加中轧工序，轧制量为0.02～0.04毫米。
5.如权利要求1或2所述的铝基三层复合自润滑轴承，其特征在于形状有轴套状轴承、轴瓦和止推轴承，还可以做成形状如滑板一类的摩擦部位结构零件，其主要型式轴承是以板材冲剪展开长度后用模具卷制、整形并机械加工而成，轴承的内径为Φ5mm至Φ150mm；壁厚为0.75mm至5.0mm；宽度为5mm至200mm；轴承有一条与轴线平行的工艺开口缝(4)。
6.如权利要求3所述的铝基三层复合自润滑轴承，其特征在于形状有轴套状轴承、轴瓦和止推轴承，还可以做成形状如滑板一类的摩擦部位结构零件，其主要型式轴承是以板材冲剪展开长度后用模具卷制、整形并机械加工而成，轴承的内径为Φ5mm至Φ150mm；壁厚为0.75mm至5.0mm；宽度为5mm至200mm；轴承有一条与轴线平行的工艺开口缝(4)。
全文摘要
铝基三层复合自润滑轴承是以铝合金板为基体，在基体的工作表面上结合一层厚度为0.10～0.15mm的无铅球形青铜粉，在球形青铜粉上面覆盖一层厚度为0.02～0.07mm的由聚四氟乙烯和青铜粉、二硫化钼、碳纤维等填充材料所组成的减摩耐磨塑料层。由此制造的本发明公开了不含铅减摩耐磨塑料层的组分及制备方法。和目前国际上的DU轴承相比，不但具有DU轴承耐磨性能好、摩擦系数小、低噪音、走合性能好、自润滑等所有特点，又有更为优良的轻量化、耐腐蚀、无铅毒的工作特点。特别适用于诸如航空航天领域等对轻量化要求极高的场合中应用，同时可在不能使用DU轴承而要求卫生环保的食品和饮料机械、制药机械、家用电器、健身器械、办公设备行业应用。
文档编号F16C33/14GK1991188SQ20051006232
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月28日 优先权日2005年12月28日
发明者孙志华 申请人:浙江长盛滑动轴承有限公司