[实用新型]具有固体润滑表面的轴承及轴承部件

说明书

本实用新型涉及一种具有固体润滑表面的轴承及轴承部件，特别是关于表面进行渗硫处理的轴承及轴承部件。

通常人们按制造材料的结构把滚动及滑动轴承（包括轴承部件）分为二大类，即整体结构和复合结构。整体结构的轴承及轴承部件（以下简称为轴承）系冶金结合组成统一的整体，如图1所示，轴承只由基体1组成，常见的这类轴承有GCr15钢做的滚动轴承及由铜合金、灰铸铁或铜基、铁基、铝基粉末冶金制的滑动轴承。滚动轴承通常也以低碳合金钢渗碳淬火制得，如图2所示，在基材的表层形成冶金结合的碳化物及马氏体2，碳的浓度从表面到心部逐渐降低。但上述结构的轴承的摩擦系数及磨损量较大，寿命较短，尤其是在重载及温度较高的场合下更为突出。

复合结构类的轴承系金属及金属与化合物之间通过机械结合或混合而不借助冶金结合而制造的，包括以下几类：（a）在轴承基材1表面采用电镀、沉积、溅射，形成元素或化合物层2，见图3，如镀金层及镀银层的真空轴承（《机械工程手册》5卷29篇）及TiC沉积层或M₀S₂溅射层的轴承（《固体润滑》1986年1期31－36，1988年1期23－27）。（b）现通用的轴瓦一般以钢为瓦背，如图4中的基体1所示，铜或铝或银为中间层4，最外面是轴承合金或铟镀层5。（c）基材与润滑剂的复合结构（图5），如采用自润滑材料聚四氟乙烯6与铁元素基材相混合的复合结构（《润滑与密封》85年2期25－31）。上述的复合结构的滚动及滑动轴承多数其摩擦系数及磨损量也较大，寿命较短，而具有金银及TiC或M₀S₂层的轴承虽然摩擦系数小，但仅用于低载荷且工作温度不太高的环境下，成本昂贵，不能得到大量应用。

因而，本实用新型的目的是提供一种新型的整体结构的滚动滑动轴承及轴承部件，（以下简称为轴承），轴承表面为硫化物，摩擦系数小，可在重载无润滑油脂及较高温度下工作，成本低。

为此本实用新型采用渗硫的方法使轴承的摩擦面上有与轴承基材化合而成的固体润滑硫化物表层，硫化物密度自表面到心部逐渐降低，含硫化物的层深至少为20μm，硫化物以颗粒形式弥散分布在基体内，颗粒大小控制在1μ以下。

下面将结合附图，对本实用新型作详细的说明。这里的图1至5为先有技术中轴承表层的结构示意图，其中

图1是整体结构示意图；

图2是整体结构表面与心部之间碳化物及马氏体浓度分布的示意图；

图3为二层结构机械结合式示意图；

图4为三层结构机械结合式示意图；

图5混合型结构示意图；

图6为本实用新型中的整体结构的轴承表面硫化物分布示意图。

图7为本实用新型的整体结构轴承最外面为Fe₃O₄的示意图。

参见图6，其中1为基体，其表层布满了硫化物细小颗粒7，这些硫化长的颗粒直径应控制在1μ以下，实验表明，若硫化物在基体内以大块形式出现，则轴承机械性能下降。一般认为在基体内存在硫化物是有害的，其与基体结合的硫化物会影响机械性能，希望其含量越低越好，但发明人发现，若在基体表面渗硫，与之结合成小颗粒形式的硫化物，而基体心部仍保持较低的硫化物含量，这样既可使轴承的机械能基本不变，而其表面的耐磨性却大大提高了。试验表明，若硫化层厚度小于20μm时其固体润滑性能就差，一般硫化层厚度控制在50μm～150μm，由轴承工作状态决定。表面渗硫的方法有好几种，其中以辉光放电来进行渗硫的方法为佳，得到的产品令人满意。通常以钢铁材料制的轴承渗硫以后在硫化层表面进行氧化处理，使轴承表面有一层1～5μm厚的He₃O₄抗锈蚀的润滑层8，如图7所示。轴承表面具有硫化物以后形成了固体润滑表面，摩擦系数降低1／5～4／5，能承载大的载荷，且能在较高温度的环境下工作。以铁基材料的轴承为例，渗硫后表层生成极小颗粒的硫化亚铁，其溶点在1000℃以上，在600℃环境下也能正常工作。