[发明专利]多孔质气悬浮轴承金属瓦的3D打印制备方法

说明书

本发明涉及一种多孔质气悬浮轴承金属瓦的3D打印制备方法，包括如下步骤：步骤一、多孔质气悬浮轴承径向轴瓦和轴向推力瓦的建模；步骤二、3D打印；步骤三、径向轴瓦和轴向推力瓦模型的薄层打印与叠加；步骤四、3D打印构件后处理：3D打印完成实体构件后，其表面还达不到在气体轴承中实际应用的精度要求，通过对表面的切削加工以达到满足工程实际的表面精度要求，并将构件进行热处理以消除残余应力并防止开裂或变形。本发明设计合理，结构紧凑，运行可靠，轴向工作载荷由多孔质金属轴向推力瓦承受，起到轴向定位控制作用，内衬多孔质金属径向轴瓦起到径向定位控制作用和承受径向离心力作用。

技术领域

本发明属于气体悬浮轴承工艺制造技术领域，具体涉及利用金属3D打印技术制造多孔质气体悬浮轴承金属瓦。

背景技术

多孔质气体悬浮轴承(简称为气浮轴承)是指使用工作介质气体或空气作为润滑剂来悬浮转子的静压滑动轴承。气体比油粘滞性小，耐高温，因而可用于高速旋转机械、仪器中。由于大量孔隙的存在，使其在性能方面与材质相同的致密材料有很大的差别,而孔隙特性是多孔材料的基本特性。由于多孔质材料的特殊性,利用它作为流体静压轴承表面,可提供成千上万的微小节流孔，这些节流孔均匀地分布在轴承表面，可以产生均匀的压力分布来悬浮转子，拥有非常高的承载能力和静态刚度。因此，多孔质气体轴承特别适用于高速、真空、超洁净等特殊环境。由于没有机械接触，磨损程度降到了最低，从而确保稳定的高精度。基于气体的粘度低且随温度变化小、耐辐射等固有属性，气悬浮轴承在高速、低摩擦、高温、低温及有辐射性的场合，显示了独具的优越性。如在高速磨头、高速离心分离器、陀螺仪表、原子反应堆冷却用压缩机、高速鼓风机、余热发电机、电子计算机记忆装置等技术上，由于采用了气悬浮轴承，突破了使用滚动轴承或油膜轴承所不能解决的困难。

多孔质气悬浮轴承所具备的一系列优点决定了它具有极其重要的应用价值。多年以来，多孔质气悬浮轴承瓦都以多孔质金属粉末为主要原料,使用粉末冶金法烧结来制造。但多孔质金属粉末种类有限，同时使用粉末冶金的产品强度低，韧性差，且压模的成本高，不适合单件产品的制造，因此增加了多孔质气悬浮轴承制造的局限性。在我们研发的一种ORC余热发电机的磁气悬浮轴承中，根据其工作环境的特殊性，工作介质为五氟丙烷膨胀气体，要求使用的多孔质气悬浮轴承瓦强度和韧性较高，且轴瓦材料要求具有耐腐蚀特性，在高温环境下材料不易发生变形，采用粉末冶金法烧结成的多孔质气轴承无法满足这些工作环境要求。因而，我们提出采用金属3D打印技术制备耐腐蚀且高强度的构件，如采用不锈钢来制造多孔质气悬浮轴承的轴瓦零件。同时，金属3D打印技术在一体化成型、成型精度和自由度等方面的优势，使其可以满足多孔质气悬浮轴承定制化的要求。

本发明中采用金属3D打印技术制造多孔质气悬浮轴承的关键零件轴瓦，可以突破材料的局限性。多孔质气悬浮轴承还未大规模应用于工业领域，此次采用金属3D打印技术使得气悬浮轴承的制造具有突破性的变革，促使多孔质气悬浮轴承的制造向数字化、网络化、个性化、定制化方向发展，这也是3D打印技术首次在气悬浮轴承上的应用，打破传统简单打印的技术壁垒。因此研究一种新型的制造多孔质气悬浮轴承轴瓦的制备技术方法对于多孔质气悬浮轴承大规模的工业应用很有必要。

发明内容

本发明是为了克服现有技术不足，提供一种多孔质气悬浮轴承金属瓦的3D打印制备方法，一方面打破多孔质气悬浮轴承制造的局限性，突破现有制造技术在材料选择上的束缚，另一方面推进3D打印技术在轴承制造方面的革新应用。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种多孔质气悬浮轴承金属瓦3D打印制备方法操作步骤如下：

步骤一、多孔质气悬浮轴承径向轴瓦和轴向推力瓦的建模：

利用三维建模软件建立气悬浮轴承径向轴瓦和轴向推力瓦的多孔质层结构模型，获得用于3D打印的数字化三维模型。.

步骤二、3D打印：