[发明专利]一种含石墨烯的石墨/铝基自润滑滑动轴承及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含石墨烯的石墨/铝基自润滑滑动轴承及其制备方法，所述自润滑滑动轴承由外圈铝合金层和内圈石墨/铝基自润滑复合材料层构成。所述内圈石墨/铝基自润滑复合材料层是由环状蜂窝结构石墨骨架和填充于蜂窝结构孔洞内的铝合金构成。内圈中的石墨由天然鳞片石墨粉、酚醛树脂粉、石墨烯粉配比混料构成，并通过选择性激光烧结法制备成环状蜂窝结构石墨骨架。其中酚醛树脂为石墨粉质量分数的20%~50%，石墨烯的含量为整体混料质量分数的1~3%，环状蜂窝结构石墨骨架厚度为2~5mm。该自润滑轴承在恶劣工况环境的干摩擦条件下具有优异的自润滑性能。

技术领域

本发明涉及一种自润滑滑动轴承，特别涉及一种多层复合材料制备的自润滑滑动轴承，属于耐磨损材料制备领域。

背景技术

自润滑滑动轴承是指在不加入润滑油、润滑脂等自润滑剂的工况条件下，能够让轴在稳定低摩擦状态下保证正常运转的一类滑动轴承。自润滑轴承通常由外层基体合金和内层自润滑层通过直接粘结、烧结或热轧等方式复合形成一个整体。常用的自润滑层是由聚四氟乙烯（PTFE）、热塑性塑料、二硫化钼、石墨等组成的混合物通过以上方式复合于外层基体合金层的内表面，以起到自润滑的作用。但这些方式制备的自润滑层，通常各自润滑组分分散不均，厚度不够均匀，且耐蚀性、耐磨性、热稳定性较差，导致轴承的使用寿命短，运转过程中的润滑性能大打折扣。

常用的基体合金材料主要为锡基、铅基、铜基及铁基合金。锡基合金作为第一代轴承材料，质地较软，制备出的轴承表面性能好，但疲劳强度低，价格昂贵且熔点低，工作温度不能超过150℃；铅基合金作为锡基的替代，塑性及抗疲劳性能好，成本低，但耐蚀性及耐磨性均不理想，且会造成严重的环境污染；铜基合金的机械性能优异能满足高速运转设备的使用要求，但价格昂贵，密度高，不适合轻量发展要求；而铁基耐蚀性差，其使用范围就更小。

发明内容

本发明为了解决现有的自润滑滑动轴承自重大、易污染环境、轴承自润滑效果不佳，使用寿命短的问题，提供了一种含石墨烯的石墨/铝基自润滑滑动轴承及其制备方法。

一种含石墨烯的石墨/铝基自润滑滑动轴承，所述自润滑滑动轴承由外圈铝合金层和内圈石墨/铝基自润滑复合材料层构成；所述内圈石墨/铝基自润滑复合材料层是由环状蜂窝结构石墨骨架和填充于蜂窝结构孔洞内的铝合金构成。

所述外圈铝合金层和内圈中的铝合金为同种铝合金，主要成分由Al、Mg、Si、石墨烯组成，其中Mg的质量分数为5~10wt.%，Si的质量分数为6%~8wt.%，石墨烯质量分数为0.2-0.5wt.%，余量为Al。

所述内圈中的石墨为含石墨烯的石墨骨架，该含石墨烯的石墨骨架由天然鳞片石墨粉、酚醛树脂粉、石墨烯配比混料构成，并通过选择性激光烧结法（SLS）制备成环状蜂窝结构石墨骨架，其中酚醛树脂为石墨粉质量分数的20%~50%，石墨烯的含量为整体混料质量分数的1~3%，环状蜂窝结构石墨骨架厚度为2~5mm。

本发明所提供的含石墨烯的石墨/铝基自润滑滑动轴承的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、通过CAD软件设计出上述环状蜂窝结构石墨骨架数据模型，采用选择性激光烧结（SLS）的方式将石墨粉混料制备成所需结构的石墨骨架预制体。所设计的环状蜂窝结构石墨骨架，其石墨质量分数为内圈石墨/铝基自润滑复合材料层的8%~10%；所述的环状蜂窝结构石墨骨架的单胞结构为正六棱柱，上下底面为正六边形，其边长为3-6mm，边的宽度为0.30~0.37mm，侧棱线的高度为2~5mm，即厚度为2-5mm。所述含石墨烯的石墨骨架中，酚醛树脂粉为天然鳞片石墨粉质量分数的20%~50%，石墨烯的含量为整体混料质量分数的1~3%，所述浸渍液由酚醛树脂、环氧树脂、无水乙醇均匀混合而成，其中酚醛树脂与环氧树脂的质量比为3：1-2，无水乙醇的质量为混合树脂总质量的5-20%。

步骤二、二次固化，将石墨骨架坯体在140~200℃下烘35-50min。