涂覆的轴承部件和包括这种部件的轴承的制作方法

本发明涉及滚动轴承领域，更具体地涉及用于测量滚动轴承相关参数的传感器领域，例如轴承载荷和应变、振动、加速度、润滑剂厚度......

背景技术：

已知使用应变传感器，比如箔应变仪、压电陶瓷晶片或光学传感器，其安装在机加工在滚动轴承部件上的凹槽内并用粘合层固定。

然而，这种凹槽对其所加工在的滚动轴承部分有影响，并且粘合层通过增加剪切滞后效应改变传感器的换能能力。

此外，由于滚动轴承的尺寸约束，滚动轴承中使用的传感器受到限制。

压电传感器的使用特别令人感兴趣，因为这些传感器能够感测滚动轴承的大量相关参数。然而，目前的压电传感器由脆性陶瓷晶片制成，该陶瓷晶片在不加工平坦表面的情况下不能粘合到轴承部件上。

文献us2016/0115997a1公开了一种滚动轴承部件，其涂覆有由铬制成并且以气相沉积(pvd)工艺沉积的磨损保护层。

然而，这种涂层的目的是防止磨损并且没有感测效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于滚动轴承的低侵入性和高灵敏度传感器，其能够测量应变、载荷、振动以及润滑剂厚度。

本发明的特定目的是提供一种涂覆的轴承部件，其包括金属部分和沉积在所述部分上的涂层。

该涂层是多层涂层，其具有由具有电致伸缩特性的材料制成的传感器有源层，所述传感器有源层直接涂覆在金属部分上。

电致伸缩是电非导体材料的特性，其形状在施加电场时发生变化。通常，电致伸缩被定义为应变和极化之间的二次耦合。

由于具有电致伸缩特性的薄层传感器有源层直接集成到轴承的部件或部分上，因此涂层起到伪压电传感器的作用，该传感器具有低侵入性且具有高灵敏度，能够测量应变、载荷、振动以及润滑剂厚度。

传感器有源层例如由氮化铝制成。

有利地，多层涂层在传感器有源层上依次包括电极层、隔离层和耐磨层。

电极层例如通过导线连接到直流dc，而涂覆的轴承部件连接到地线。

传感器有源层经受直流dc偏置电场。由于传感器有源层的材料不是压电材料，因此必须利用该直流dc偏置电场引入极化，以便获得伪压电行为。这种伪压电效应提供了对压电测量能力的访问，比如振动测量和应变测量，而无需在滚动轴承的使用寿命期间控制极化增长。极化是构建传感器过程中的单个步骤。

多层涂层有利地使用溅射涂覆方法沉积在金属部分上。

可以使用其他技术在金属部分上沉积多层涂层，例如物理气相沉积(pvd)工艺、化学气相沉积(cvd)工艺、浸渍方法、铸造、喷涂和/或旋涂。

因此，多层涂层不粘合，而是使用特定的沉积方法沉积在轴承部件上，从而避免剪切滞后效应。

涂层具有例如3μm至5μm之间的厚度，例如等于4μm。

传感器有源层可具有包括在20mhz和350mhz之间的可用带宽。

根据另一方面，本发明涉及一种轴承，其包括至少一个内环和一个外环，其中至少一个环的至少一部分是如上所述的涂覆的轴承部件。

例如，外环的外圆柱表面的至少一部分涂覆有多层涂层，并且至少传感器有源层重叠在外环的侧表面上。

可替代地，电极层和隔离层也可以在外环的侧表面上重叠。

涂覆的部件可以是滚动轴承或者滑动或实心轴承的一部分，该滚动轴承具有布置在内环和外环之间的一排滚动元件和保持所述滚动元件的保持架。

可替代地，在滚动轴承的情况下，涂层可以沉积在轴承的任何其他部件上，例如内环、保持架或滚动元件。

所述部件之一形成涂层的金属部分。

附图说明

通过研究通过非限制性示例给出并通过附图说明的具体实施例的详细描述，将更好地理解本发明及其优点，其中：

-图1是根据本发明的具有涂层的滚动轴承的示意图；和

-图2是图1的滚动轴承的涂层的示意性横截面。

具体实施方式

在进一步的描述中，术语“外”和“内”是相对于图1所示的滚动轴承的旋转轴线x-x'定义的，其中术语“内”意味着更接近滚动轴承的旋转轴线x-x'，反之称为“外”。

首先参考图1，其示出了根据本发明的滚动轴承10的实施例；所述轴承包括内环12、外环14、一排滚动元件16(在所示的示例中由滚珠组成)，其由内环12和外环14之间的保持架(图中未示出)保持。

内环12和外环14都是实心的并且具有环形凹槽(未示出)，凹槽分别设置在其外圆柱表面12a和内圆柱表面14a上并形成滚动元件16的滚道。凹槽的曲率半径略大于滚动元件16的半径。

内环12和外环14由金属材料制成。

内环12和外环14可以通过机械加工或通过压制钢坯来制造，然后将钢坯研磨并任选地在滚道上打磨，以使环具有其几何特征和最终的表面光洁度。

如图所示，外环14的外圆柱表面14b的一部分涂覆有多层涂层20，用作压电传感器。圆柱形表面14b的所述部分形成涂层20的金属部分。

可替代地，可以涂覆滚动轴承10的另一部件，例如外环14的内圆柱表面、内环的圆柱形表面之一、保持架或滚动轴承的任何其他部件。

多层涂层20包括传感器有源层22、电极层24、隔离层26和耐磨层28的连续层。

如图2所示，传感器有源层22、电极层24和隔离层26重叠在外环14的侧表面14b上。

电极层24通过导线30连接到直流dc，而外环14连接到地线32。

传感器有源层22由具有电致伸缩特性的材料制成，例如氮化铝、氧化锌或具有电致伸缩特性的任何其他材料。

电致伸缩是电非导体材料的特性，其形状在施加电场时发生变化。通常，电致伸缩被定义为应变和极化之间的二次耦合。

传感器有源层22经受直流dc偏置电场。由于传感器有源层的材料不是压电材料，因此必须利用该直流dc偏置电场引入极化，以便获得伪压电行为。这种伪压电效应提供了对压电测量能力的访问，例如振动测量和应变测量，而无需在滚动轴承的使用寿命期间控制极化增长。

极化是构建传感器过程中的单个步骤。

用于薄膜沉积的常规技术可用于在滚动轴承部件上沉积多层涂层20，比如物理气相沉积(pvd)工艺、化学气相沉积(cvd)工艺、浸渍方法、铸造、喷涂和/或旋涂。

优选地，使用薄(约4μm)溅射涂覆方法将多层涂层20沉积在滚动轴承部件上。

传感器有源层22具有包括在20mhz和350mhz之间的可用带宽。

本发明不限于滚动轴承，并且可以应用于滑动或实心轴承。

由于本发明，具有电致伸缩特性的薄层传感器有源层直接集成到滚动轴承的部件或部分，提供用作伪压电传感器的涂层，该传感器具有低侵入性并且具有高灵敏度，能够测量应变、载荷、振动以及润滑剂厚度。

此外，多层涂层不是粘合的，而是使用特定的沉积方法沉积在滚动轴承部件上，从而避免了剪切滞后效应。

由于本发明，与需要胶合/焊接的现有方法相比，改进了传感器的集成，从而补偿了低感测材料的性能。

最后，通过调节偏置电场可以调节这种多层涂层20的灵敏度。