[发明专利]一种轴承类装置稳健固体超润滑方法

说明书

本发明涉及一种轴承类装置稳健固体超润滑方法，该方法包括以下步骤：⑴在轴承类装置保持架表面上制备碳纳米结构薄膜，使得该薄膜氢含量在15~30at.%之间，薄膜表面粗糙度≤10nm，薄膜纳米硬度在18GPa以上且弹性回复高于85%；⑵制备二维纳米材料粉体，并使该粉体片径在20~500nm之间，片内层数少于20，片层表面无明显褶皱且光滑；⑶在行星式球磨机中，将所述二维纳米材料粉体与滚动体混合，从而使滚动体表面上得到二维材料涂层；⑷将所述二维材料涂层与所述碳纳米结构薄膜置于轴承类装置中，组成滑动摩擦配伍对；在1~1000N载荷、0.05~30cm/s速度下实现固体超润滑。本发明简单、绿色、高效，可实现长寿命（1×10⁶）和摩擦系数低至0.003的固体超润滑。

技术领域

本发明涉及材料技术和摩擦学领域，尤其涉及一种轴承类装置稳健固体超润滑方法。

背景技术

随着机械系统的高精密化、高集成化及高可靠性发展，机械系统运动部件的表界面效应越来越突出，对摩擦磨损的要求也越来越苛刻。同时据统计，摩擦造成全世界1/3的一次性能源消耗，60%的零部件损坏是由磨损引起的。由两者导致的直接经济损失占全国GDP的5%~7%左右。按照5%计算，2019年我国仅因摩擦、磨损导致的损失就高达4.95万亿元。因此，进一步减小摩擦、降低磨损、延长运动部件的工作寿命成为润滑技术的核心问题之一。

轴承是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。我国虽已是世界轴承生产大国，但还不是世界轴承生产强国，我国轴承行业的产业结构、研发能力、技术水平、产品质量、效率效益都与国际先进水平存在较大差距。

国外大公司已经系统掌握了合成润滑材料对轴承、齿轮等性能的影响因素，并不断探索增效延寿技术方法。我国在该方面起步较晚，航空发动机主轴轴承寿命只有国外的1/3、传动系统等轴承也只有国外的1/2，其中制约因素之一就是真空重载环境下的润滑材料和润滑方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种简单有效的轴承类装置稳健固体超润滑方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种轴承类装置稳健固体超润滑方法，包括以下步骤：

⑴在轴承类装置保持架表面上制备碳纳米结构薄膜，使得该薄膜氢含量在15~30at.%之间，薄膜表面粗糙度≤10nm，薄膜纳米硬度在18GPa以上且弹性回复高于85%；

⑵制备二维纳米材料粉体，并使该粉体片径在20~500nm之间，片内层数少于20，片层表面无明显褶皱且光滑；

⑶在行星式球磨机中，将所述二维纳米材料粉体与滚动体按照重量比1：50~200混合，并保持粉体与滚动体的总体积小于球磨罐容积15%，转速控制在50~300rpm之间，球磨时间为1~10h，从而使滚动体表面上得到二维材料涂层；

⑷将所述二维材料涂层与所述碳纳米结构薄膜置于轴承类装置中，组成滑动摩擦配伍对；在1~1000N载荷、0.05~30cm/s速度下实现固体超润滑。

所述步骤⑴轴承类装置保持架的材质是指包括丁晴橡胶或聚酰亚胺的聚合物。

所述步骤⑴中碳纳米结构薄膜是指类富勒烯碳薄膜、类石墨碳薄膜、碳洋葱薄膜中的一种。

所述步骤⑵中二维纳米材料粉体是指石墨烯及包括二硫化钼或二硒化钼的二维硫属化合物。

所述步骤⑶中滚动体是指表面粗糙度≤10μm的钢球、氧化铝球、氧化锆球、氮化硅球、碳化硅球中的一种。

所述步骤⑶中球磨时还加入聚合物前驱体或固化剂。

本发明与现有技术相比具有以下优点：