一种关节轴承、制备方法及包含该关节轴承的设备

本发明涉及关节轴承领域，具体涉及一种关节轴承、制备方法及包含该关节轴承的设备。

背景技术：

1、关节轴承是一种球面滑动轴承，其滑动接触面是一个内球面和一个外球面，运动时可以在任意角度旋转摆动，其具有承载载荷能力大、自调心、润滑好等优点，但在极端工况下，即高温度和长时间服役寿命下，内圈钢材和润滑材料经过长时间的运动磨损，极易造成大幅度磨损进而失效故障。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种关节轴承、制备方法及包含该关节轴承的设备。本发明对关节轴承的轴承内圈进行陶瓷化，同时在关节轴承的内外圈中的缝隙中填注导热-润滑双功能复合树脂作为润滑层，以增强其耐磨性、耐热性，从而提高服役寿命。

2、为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明一方面提供一种关节轴承，包括内圈和外圈，所述内圈安装在外圈的内部；所述内圈包括内圈基体和陶瓷涂层，所述内圈基体朝向所述外圈的表面上涂覆有所述陶瓷涂层；

4、在所述关节轴承的内外圈的缝隙中填注有润滑层，所述润滑层为导热-润滑双功能复合树脂；

5、所述导热-润滑双功能复合树脂包括热固性树脂基体、改性填料和的导热-润滑双功能微胶囊；以所述热固性树脂基体的质量为100％计，所述改性填料的质量占比为0.1％～50％，优选为1％～20％，更优选为4％～10％；所述导热-润滑双功能微胶囊的质量占比为0.1％～50％，优选为10％～50％，更优选为20％～40％；

6、所述导热-润滑双功能微胶囊的芯材包括纳米金属粒子和润滑油，壳材为树脂；

7、在所述导热-润滑双功能微胶囊中，所述纳米金属粒子的质量占比为1％～10％，优选为1％～9％，更优选为3％～9％；所述润滑油的质量占比为10％～20％，其余为树脂壳材。

8、由于内圈陶瓷涂层的引入，极大提高了关节轴承的耐磨性和使用寿命，同时由于陶瓷材料的耐高温性，能够提高关节轴承的使用温度，同时采用导热-润滑双功能复合树脂作为润滑层，提高润滑层的耐高温性能，使得关节轴承的高温工况得以实现。

9、根据本发明的关节轴承，优选地，所述内圈基体的表面上形成有条纹织构，以增强陶瓷涂层和内圈基体的结合性。更优选地，所述条纹织构的宽度为2～10μm，优选为3～6μm；所述条纹织构的深度为1～5μm，优选为2～4μm。所述条纹织构可以是平行排列，或者是交叉排列形成各种图案，例如菱形、梅花形等。

10、根据本发明的关节轴承，优选地，所述陶瓷涂层选自但不限于氧化铝陶瓷涂层、氧化锆陶瓷涂层、氧化铬陶瓷涂层、碳化硅陶瓷涂层、kn17高分子陶瓷聚合物涂层或kn高温陶瓷涂层。

11、根据本发明的关节轴承，优选地，所述陶瓷涂层的厚度为10～1000μm(比如涂层厚度为10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm)。

12、本发明使用导热-润滑双功能复合树脂作为润滑层，复合树脂中的微胶囊具有导热-润滑双功能，可增强其耐磨性、耐热性，从而提高服役寿命。

13、关于导热-润滑双功能复合树脂，优选地，在所述导热-润滑双功能复合树脂中，以所述热固性树脂基体的质量为100％计，所述纳米金属粒子的质量占比为0.001％～5％，更优选为0.1％～5％，进一步优选为1％～4％。

14、关于导热-润滑双功能复合树脂，优选地，所述导热-润滑双功能微胶囊的芯材还包括润滑颗粒；

15、在所述导热-润滑双功能微胶囊中，所述润滑颗粒的质量占比为10％～30％，更优选为25％～30％。

16、关于导热-润滑双功能复合树脂，优选地，所述导热-润滑双功能微胶囊的芯材还包括纤维；

17、在所述导热-润滑双功能微胶囊中，所述纤维的质量占比为10％～20％。

18、关于导热-润滑双功能复合树脂，优选地，所述壳材采用环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯和聚酰亚胺中的至少一种。

19、关于导热-润滑双功能复合树脂，添加所述纳米金属粒子可以有效提升树脂的导热性能。优选地，所述纳米金属粒子选自纳米银粉、纳米铜粉、纳米钼粉、纳米铝粉、纳米铁粉、纳米钴粉、纳米镍粉中的至少一种。

20、关于导热-润滑双功能复合树脂，优选地，所述纳米金属粒子选自纳米铁粉、纳米钴粉、纳米镍粉等具有电磁特性的纳米金属粒子中的至少一种，由于此些纳米金属粒子还具有电磁特性，因此可进一步通过电磁场的方式，定向调控微胶囊在复合树脂中的位置，提升高温局部区域的散热速率。更优选地，在所述润滑层中，所述纳米金属粒子分布于其中的一部分；即：具有电磁特性的所述纳米金属粒子分布于所述导热-润滑双功能复合树脂中的局部区域。具体可以通过电磁场的方式定向调控微胶囊在复合树脂中的位置，从而提升高温局部区域的散热速率。

21、关于导热-润滑双功能复合树脂，所述润滑颗粒具有良好的润滑作用。优选地，所述润滑颗粒选自石墨烯、碳纳米管、聚四氟乙烯纳米颗粒、石墨、二硫化钼中的至少一种。

22、关于导热-润滑双功能复合树脂，所述纤维具有增强力学性能作用，可提高抗压缩能力。优选地，所述纤维选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的至少一种。

23、关于导热-润滑双功能复合树脂，优选地，所述热固性树脂基体选自环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯、聚酰亚胺中的至少一种。

24、关于导热-润滑双功能复合树脂，优选地，所述改性填料选自碳酸钙、粘土、高岭土、滑石粉、石棉、云母、炭黑、硫酸钙、亚硫酸钙、碳纤维、玻璃纤维、二氧化硅、石墨烯、碳纳米管、聚四氟乙烯纳米颗粒、石墨、二硫化钼、氮化硼、氧化锆中的至少一种。在热固性树脂基体中添加改性填料可以有助于提升树脂的强度、韧性和耐磨性。具体的，若改性填料选自滑石粉、石棉、云母、炭黑、硫酸钙、亚硫酸钙、金属粉、二硫化钼、氮化硼、氧化锆和聚四氟乙烯纳米颗粒中的至少一种时，可以很好的提升树脂的耐磨性，若改性填料选自碳酸钙、粘土、高岭土、碳纤维、玻璃纤维、二氧化硅、石墨烯和碳纳米管中的至少一种，可以同时很好的提升树脂的强度和韧性，进而提高树脂的性能和可靠性。

25、本发明所使用的导热-润滑双功能复合树脂结构密实且无裂纹孔洞等缺陷，并且在不影响力学性能和摩擦学性能的前提下，导热性能大幅度提升；还可以进一步优选纳米铁粉、纳米钴粉、纳米镍粉等具有电磁特性的纳米金属粒子，实现通过电磁场的方式定向调控微胶囊在复合树脂中的位置，提升高温局部区域的散热速率。

26、本发明另一方面提供一种以上关节轴承的制备方法，包括以下步骤：

27、在所述关节轴承的内圈基体上喷涂所述陶瓷涂层；

28、将所述内圈和外圈进行装配；

29、将所述热固性树脂基体、改性填料和导热-润滑双功能微胶囊混合，得到混合原料；将所述混合原料进行抽真空处理后，注入所述关节轴承的内外圈的缝隙中；之后对所述缝隙进行抽真空处理，并固化处理，形成所述润滑层。

30、根据本发明的制备方法，优选地，通过激光在所述关节轴承的内圈基体上形成条纹织构，之后再喷涂所述陶瓷涂层。

31、根据本发明的制备方法，优选地，通过电弧喷涂、等离子喷涂、超音速喷涂、亚音速喷涂或复合喷涂等方式喷涂所述陶瓷涂层。

32、根据本发明的制备方法，优选地，制备陶瓷涂层的流程包括：首先通过烘烤除油、保护处理、表面喷砂、清洁处理、产品预热、热喷底漆、底漆烘烤、热涂面漆、高温烘烤、反复喷涂、高温固化、烧结冷却、等待冷却、表面检查、性能检查、拆除保护、表面清洁、产品镀膜等工艺流程。

33、根据本发明的制备方法，优选地，所述陶瓷涂层的制备温度为200～1000℃(比如使用温度为200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃)。

34、根据本发明的制备方法，优选地，所述缝隙的宽度为1～10mm。

35、根据本发明的制备方法，优选地，基于所述热固性树脂基体，所述导热-润滑双功能微胶囊的质量占比为0.1％～50％，优选为10％～50％，更优选为20％～40％。

36、根据本发明的制备方法，优选地，基于所述热固性树脂基体，所述改性填料的质量占比为0.1％～50％，优选为1％～20％，更优选为4％～10％。

37、根据本发明的制备方法，优选地，基于所述热固性树脂基体，所述纳米金属粒子的质量占比为0.001％～5％，更优选为0.1％～5％，进一步优选为1％～4％。

38、根据本发明的制备方法，优选地，所述抽真空处理的真空度为-0.09mpa至-0.1mpa。

39、根据本发明的制备方法，优选地，所述固化处理的温度为40～300℃，更优选为80～220℃。

40、根据本发明的制备方法，优选地，采用溶剂挥发法合成所述导热-润滑双功能微胶囊。更优选地，所述导热-润滑双功能微胶囊的合成包括以下步骤：

41、将所述壳材和芯材加入溶剂中，当所述壳材溶剂形成稳定的体系后，将溶剂除去，所述壳材则包覆在芯材上，洗涤干燥后得到所述微胶囊。

42、该溶剂挥发法反应条件较为温和，溶剂还可以回收重复利用，减少资源浪费，且反应体系较为稳定。

43、根据本发明的制备方法，优选地，所述溶剂选自水、乙醇、丙酮等。

44、本发明再一方面提供一种包含上述关节轴承的设备，例如高端装备、长期服役装备、精密仪器、航空部件等。