高温滚动轴承气相和气/固相原位聚合固体润滑系统的制作方法

本发明涉及一种工作在高温(500℃以上)环境下的轴承，特别涉及一种高温滚动轴承气相和气/固相原位聚合固体润滑系统，通过气相单体在高温下原位聚合反应生成固体润滑膜从而提供轴承的减磨耐磨作用。

背景技术：

由于科技的发展和进步，航空飞行器、炼钢等特殊行业的要求，机械的工作温度越来越高，机械器件中支撑元件—轴承和传动元件—齿轮的高温润滑难题也就越来越突出。通常使用的润滑油脂只能在150℃下使用，无法应对更高温度下的润滑难题。更高温度下一般采用自润滑预置材料，可以保证部件具有较高的机械强度，且其制备工艺简便，可适用于各种尺寸的部件，因而是实现高温固体润滑的一种有效途径。

预置的自润滑涂层在高温下的摩擦过程中将会很快被消耗，导致润滑效果下降甚至消失，起不到对部件的减磨耐磨作用。预置涂层在被消耗后的后续补充是难题，一般需要将部件拆解涂覆涂层后再重装。为了解决润滑涂层消耗后补充的难题，有人提出气相沉积润滑材料，气体材料便于输送和补充，通常采用的气相沉积润滑材料有烃类气相沉积润滑材料和磷酸盐类气相沉积润滑材料，这些气相沉积润滑膜的优点在于气体材料可以不断补充，润滑效果可以持续。而其缺点在于沉积膜的分子量不高，减磨耐磨效果不明显，同时当温度较高时沉积膜分解迅速，发挥固体润滑功效的时间短暂，包括沉积碳在内的分解产物的分子量更低，其润滑功效更加有限。所以，研发一种在高温环境下使用的轴承，以及与其配套的可以持续补充的高效润滑方式从而提供减磨耐磨作用是有必要的。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种高温滚动轴承气相和气/固相原位聚合固体润滑系统，在高温环境下使用，采用两种不同组分的气相单体作为可补充的气相润滑材料，通过环境高温或另配加热装置将分别放置的两种单体气化，气化后的气相单体进入轴承之中，两种单体接触后会在轴承摩擦表面发生原位聚合形成固体润滑膜，从而为轴承提供减磨耐磨作用。

为了实现上述目的，本发明涉及的轴承具体技术方案如下：

一种高温滚动轴承气相和气/固相原位聚合固体润滑系统，包括：轴承内圈、轴承外圈、滚动体、保持架、轴承盖(4)和轴承座(5)，其特征在于：在轴承两侧的轴承内圈与轴承外圈之间分别各有一片密封盖与轴承外圈固定连接，使轴承摩擦部位处于封闭状态；左侧密封盖上部有排气接口，左右两侧密封盖的下部分别有一个进气接口；所述排气口和进气口分别匹配轴承座中的排气口和进气口，接通排气管道和进气管道。所述进气管道分别连通轴承座两侧外安装的两个由相互独立加热装置加热的独立气化室，或固定加料口。进气接口和排气接口内部均有内螺纹供后续管道安装，具体的开孔位置包括但不仅限于以下几种：

①在轴承的左侧密封盖的0°和180°位置分别开孔设置排气接口和进气接口。在轴承的右侧密封盖的180°位置开孔设置进气接口，具体开孔位置见图1。

②在轴承的左侧密封盖的0°位置开孔设置排气接口。在轴承的左侧密封盖的180°位置开孔设置进气接口，后期在这个进气接口上同时安装两根进气管道。具体开孔位置见图6。

③在轴承的左侧密封盖的0°位置开孔设置排气接口。在轴承的左侧密封盖的170°和190°位置分别开孔设置两个独立进气接口。

上述的滚动轴承气相和气/固相原位聚合固体润滑系统工作温度为150℃～600℃之间。轴承座包括轴承盖和轴承座，分别由开合处的数个螺丝进行固定，上下支架外壳对应轴承进、排气接口位置同样开孔，孔道内部同样布置内螺纹，如图2。将气相单体进气装置如排气管道、进气管道通过螺纹安装固定在轴承座外壳之外如图3。

上述的滚动轴承气相和气/固相原位聚合固体润滑系统，按照图4在轴承座外侧安装两独立气化室，分别与进气管道相连，气化室内分别添加足量不同组分的固体反应性单体。通过独立的加热装置加热气化室，使单体气化后通过进气管道进入轴承内部，接触后发生气相原位聚合反应而形成固体润滑膜。气化室内固体单体可在轴承运转同时随时补充，进气管道处设有流量控制装置以控制气体通入量。

上述的滚动轴承气相和气/固相原位聚合固体润滑系统，当采用的高温聚合单体体系中存在气化温度较高的单体或催化剂时，可将其作为固体膜预置于轴承内圈和外圈表面。气相单体进入轴承内部后被预置固体单体或催化剂诱导发生高温聚合反应，仅在轴承内圈和外圈的摩擦位置生成固体润滑膜，从而提高聚合反应转化率，进一步提高高温润滑效果。

上述的滚动轴承气相和气/固相原位聚合固体润滑系统，当其工作温度超过固体单体气化温度时，如400℃以上，可将气化装置省略以节省空间和降低重量，按图5安装轴承座，直接在轴承密封盖进气接口处通过螺纹安装固定加料口。在轴承运转过程中分别通过加料口向轴承座内定时添加固体单体。通过轴承本身的工作温度将单体气化，气相单体进入轴承内部，发生原位聚合反应形成固体润滑膜。

上述通过两种气相单体原位聚合形成固体润滑膜来提供减磨耐磨效果的高温轴承。与现有的高温轴承相比，本发明具有以下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：

1.本发明通过加热单体存放仓中的固体单体，使其形成气相单体进入轴承摩擦部位，发生原位聚合反应以形成固体润滑膜，由于原位聚合反应形成的是高分子聚合物，其减磨耐磨效果相较小分子的气相沉积膜更加突出，高温下也更不易发生分解而破坏。

2.本发明通过气相单体的原位聚合作用，将传统预置固体润滑涂层的补充轴承处消耗涂层问题，变成了补充存放仓内消耗的固体单体的问题，实现在不用拆卸、重装轴承，甚至不用停机的情况下，对轴承表面固体润滑膜进行不断补充。

3.在轴承工作于400℃以上高温时，创造性的采用轴承处的环境高温直接作为固体单体的气化热源，一方面避免另配加热装置所带来的体积扩大，另一方面从一定程度上也可以起到为轴承处散热、降温的作用。

附图说明

图1为本发明设计的高温滚动轴承气相和气/固相原位聚合固体润滑系统结构示意图。

图2为本发明设计的高温滚动轴承气相和气/固相原位聚合固体润滑系统座剖面图(其中图a为主视图，图b为侧视图)。

图3为本发明设计的高温滚动轴承气相和气/固相原位聚合固体润滑系统座示意图(其中图a为主视图，图b为侧视图)。

图4为本发明设计的高温滚动轴承气相和气/固相原位聚合固体润滑系统工作在150℃～400℃时的轴承、轴承座，加热装置装配示意图。

图5为本发明设计的高温滚动轴承气相和气/固相原位聚合固体润滑系统工作在400℃～600℃时的轴承、轴承座，加料口装配示意图(其中图a为主视图，图b为侧视图)。

图6为本发明设计的高温滚动轴承气相和气/固相原位聚合固体润滑系统采用预置涂层时进气管道，出气管道装配示意图(其中图a为主视图，图b为侧视图)。

具体实施方式

下面对本发明的优选实施例结合附图作进一步详细说明。

实施例一

参见图1～图6，本高温滚动轴承气相和气/固相原位聚合固体润滑系统，包括：轴承内圈、轴承外圈、滚动体、保持架、轴承盖(4)和轴承座(5)，在轴承两侧的轴承内圈与轴承外圈之间分别各有一片密封盖与轴承外圈固定连接，使轴承摩擦部位处于封闭状态；左侧密封盖上部有排气接口(1)，左右两侧密封盖的下部分别有一个进气接口(2、3)；所述排气口(1)和进气口(2、3)分别匹配轴承座中的排气口(7)和进气口(8、9)，接通排气管道(10)和进气管道(11、12)。所述进气管道(11、12)分别连通轴承座两侧外安装的两个由相互独立加热装置加热的独立气化室(13、14)，或固定加料口(15、16)。

实施例二

本实施例与实施例1基本相同，其特别之处如下：所述进气接口(2、3)和排气接口(1)内部均有内螺纹供后续管道安装，具体的开孔位置包括但不仅限于以下几种：①在轴承的左侧密封盖的0°和180°位置分别开孔设置排气接口(1)和进气接口(2)。在轴承的右侧密封盖的180°位置开孔设置进气接口(3)；②在轴承的左侧密封盖的0°位置开孔设置排气接口，在轴承的左侧密封盖的180°位置开孔设置进气接口，后期在这个进气接口上同时安装两根进气管道(11)和(12)；③在轴承的左侧密封盖的0°位置开孔设置排气接口，在轴承的左侧密封盖的170°和190°位置分别开孔设置两个独立进气接口。轴承工作温度为150℃～600℃之间。轴承座包括轴承盖(4)和轴承座(5)，分别由开合处的数个螺丝进行固定，对应轴承进、排气接口位置的(7)、(8)、(9)处同样开孔，孔道内部同样布置内螺纹。将排气管道(10)、进气管道(11)和(12)通过螺纹安装固定在轴承座上。在轴承座外侧安装两独立气化室(13)和(14)，分别与进气管道(11)和(12)相连，气化室内分别添加足量不同组分的固体反应性单体；通过加热装置加热气化室，使单体气化后通过进气管道进入轴承内部；气化室内固体单体可在轴承运转同时随时补充，进气管道处设有流量控制装置以控制气体通入量。当采用的高温聚合单体体系中存在气化温度较高的单体或催化剂时，可将其作为固体膜预置于轴承内圈和外圈表面；气相单体进入轴承内部后被预置固体单体或催化剂诱导发生高温聚合反应，仅在轴承内圈和外圈的摩擦位置生成固体润滑膜。当轴承工作温度超过固体单体气化温度时，如400℃以上，可将气化装置省略以节省空间和降低重量，直接在轴承密封盖进气接口处通过螺纹安装固定加料口(15)和(16)；在轴承运转过程中分别通过加料口向轴承座内定时添加固体单体，通过轴承本身的工作温度将单体气化。

实施例三

一种高温滚动轴承气相和气/固相原位聚合固体润滑系统，其特征在于，轴承包括轴承外圈、轴承内圈和滚动体，轴由内圈中心插入。轴承滚动体采用si3n4，g5级精密陶瓷球，轴承工作温度为200℃，单体a为均苯四甲酸二酐，固体单体b为对苯二胺。由于轴承工作温度未达到单体气化温度，按图4安装轴承座、气化室(13)和(14)中分别放入固体单体a和b，设定单体a加热温度为410℃，单体b加热温度为280℃。单体气化后通过进气管道(11)和(12)进入轴承内部，原位聚合形成固体润滑膜。轴承在这样的情况下工作，测得其表面形成的固体润滑膜摩擦系数范围为0.05～0.12。

实施例四

本实施例与实施例三基本相同，不同之处在于轴承滚动体采用高速钢(w18cr4v)滚珠，轴承工作温度为600℃，由于轴承工作温度远高于两单体气化温度，按图5安装轴承座，每5min分别向加料口(15)和(16)中加入固体单体颗粒各0.05mol。通过轴承环境温度气化单体，进入轴承后发生原位聚合形成固体润滑膜。轴承在这样的情况下工作，测得其表面形成的固体润滑膜摩擦系数范围为0.13～0.28。

实施例五

本实施例与实施例四基本相同，不同之处在于轴承滚动体采用铬镍合金钢(20crni3)滚柱，轴承工作温度为400℃，按图6安装轴承座，其中进气管道(11)连接加料口(15)，进气管道(12)封闭。固体单体a为4,4-二氯二苯砜，每5min向加料口(15)添加0.05mol。固体单体b为硫化钠，气化温度超过900℃，将其预置在轴承内圈和外圈表面。气化的4,4-二氯二苯砜进入轴承内部后与预置的硫化钠发生高温聚合，在摩擦部位形成固体润滑膜。轴承在这样的情况下工作，测得其表面形成的固体润滑膜摩擦系数范围为0.05～0.21。