[发明专利]一种超耐磨耐高温涡轮增压器用浮环涡轮轴承及制备方法

说明书

本发明公开了一种超耐磨耐高温的浮环轴承及制备方法，本发明的特点是将一定材料配比的铜基合金粉末，通过3D打印机打印成形，成形后的浮环轴承包括轴瓦和浮环两部分，3D打印是增材制造技术的一种，与传统的减材制造相比，材料的利用率大幅提高，生产成本显著降低；然后分别对轴瓦和浮环的内表面和外表面进行激光熔覆，熔覆后的轴承表面可获得具有较高硬度、耐磨性及耐高温性的熔覆层；最后通过超声滚压技术对获得熔覆层的轴瓦和浮环的内表面和外表面进行加工，在表层形成极小的晶粒，降低表面粗糙度，进一步提高表面的耐磨性和耐蚀性，从而获得超耐磨耐高温的浮环轴承。

技术领域

本发明涉及一种涡轮增压器用浮环轴承及制备方法，尤其是涉及一种超耐磨耐高温浮环轴承及制备方法。

背景技术

涡轮增压器作为保证发动机动力性能的关键设备，可以增加发动机的输出功率，提高涡轮增压器的性能。同时涡轮增压技术使发动机燃油燃烧更加充分，有助于提高燃油经济性和降低尾气排放量，是实现节能减排的技术方案之一。

随着工业的高速发展，科技的不断进步，涡轮增压器已在汽车、船舶、航空等领域中得到了广泛的应用。作为涡轮增压器转子系统关键零部件之一的滑动轴承已成为提高增压器效率、减少燃油消耗、提高运行可靠性的一个非常重要的制约因素。同时，如今为了提高发动机的效率，高压比、大流量的涡轮增压器转速已达到非常高的地步，这样高的转速使得转轴轴颈与轴承之间的线速度非常大，轴承承受的摩擦力随之增大，轴承发热量不断升高，同时高转速带来的油膜振动也逐步明显。针对这样复杂的运转状况和恶劣的运行环境，普通的滑动轴承与滚动轴承已不能很好的满足现代增压器转子高速运转的需要，取而代之的便是浮环轴承。

浮环轴承是一种被浮环隔开的双膜润滑轴承，轴颈表面和浮环内表面之间的润滑膜为内膜，浮环外表面和轴承内表面之间的润滑膜为外膜。与普通滑动轴承相比，浮环轴承的这种双层油膜润滑可以提高润滑质量，减小轴颈与轴瓦之间相对速度，进而降低轴承内部的摩擦功耗和温升。尤其是在高速旋转机械中，如果使用普通滑动轴承，润滑油膜将会是湍流状态，不仅研究比较复杂，而且功耗显著增加；而使用浮环轴承，浮环将降低轴颈与轴承之间的相对速度，使得润滑油膜仍可处于层流状态。设计好的浮环轴承可以在相同承载能力下比普通轴承的功耗低 20%～30%。基于浮环轴承功耗低、稳定性高的特点，浮环轴承更加适合涡轮增压器这种高转速和高温的工作环境。

浮环轴承虽然因为其种种优点被广泛应用于各个领域，但随着工业的发展和科技的进步，对于浮环轴承的性能要求也逐步提高。由于浮环轴承的工作环境较为恶劣，每年因磨损、疲劳、腐蚀损坏失效的浮环轴承数量逐渐增加，因此提高浮环轴承的耐磨性、耐高温性和耐腐蚀性从而提高轴承的使用寿命迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是：针对现有的浮环轴承因磨损、疲劳、腐蚀等而大量损坏失效的现象，提供一种具有超耐磨、耐高温性及耐腐蚀性的浮环轴承及制备方法。

本发明是通过如下技术方案来实现：本发明提供的一种超耐磨耐高温涡轮增压器用浮环涡轮轴承的基体材料为铜基合金粉末，其配方按质量百分比构成为：碳纳米管0.3％～0.5％，镍粉6％～8％，锆粉2％～4％，铬粉0.1％~0.2％，其余为铜粉，总质量百分含量为100％。通过3D打印机打印成形，成形后的浮环轴承包括轴瓦和浮环两部分，3D打印是增材制造技术的一种，与传统的减材制造相比，材料的利用率大幅提高，生产成本显著降低；然后分别对浮环轴承的轴瓦和浮环的内表面和外表面进行激光熔覆，熔覆后的轴承表面可获得具有较高硬度、耐磨性、耐高温性和耐腐蚀的熔覆层；最后通过超声滚压技术对获得熔覆层的轴瓦和浮环的内表面和外表面进行加工，在表层形成极小的晶粒，降低表面粗糙度，进一步提高轴承表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，从而获得超耐磨耐高温的浮环轴承，轴承寿命大幅提高。

本发明提供了一种超耐磨耐高温涡轮增压器用浮环涡轮轴承及制备方法，包括如下步骤：