專利名稱：金屬對(duì)金屬的球形軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬對(duì)金屬的球形軸承。
背景技術(shù)：
金屬對(duì)金屬的球形軸承被應(yīng)用于航空工業(yè)，并且在飛機(jī)中特別應(yīng)用于起落架軸承。在起落架的金屬對(duì)金屬的軸承的制造中用作內(nèi)座圈和外座圈的材料通常是不銹鋼和銅合金。之所以使用這些材料是因?yàn)樗鼈儾粫?huì)在沒(méi)有潤(rùn)滑油的部位發(fā)生磨損。然而，這些材料相對(duì)較重，因此過(guò)去一直在尋找使用更加輕質(zhì)的材料的解決方案。在這方面，根據(jù)強(qiáng)度原則可以采用鈦合金軸承來(lái)代替該相對(duì)較重的材料，所述鈦合金軸承重量輕了約40％。盡管顯著減輕了重量，但是這些材料在起落架的著陸條件試驗(yàn)中易于迅速磨損。US 4848934給出了鈦合金軸承的例子。由于對(duì)于金屬對(duì)金屬的接觸，鈦合金過(guò)于柔軟，因此需用氧化鉻為其提供堅(jiān)硬的覆蓋層。
對(duì)其他覆蓋層也曾進(jìn)行過(guò)研究，但是都遇到了硬覆蓋層與相對(duì)較軟的鈦合金附著性不好的難題。
在通常的金屬對(duì)金屬的軸承中，軸承套是由銅或銅合金制成，而軸承套內(nèi)所容納的滾珠則是由不銹鋼制成。用鈦合金來(lái)代替不銹鋼成分的輕質(zhì)型式軸承是可以實(shí)現(xiàn)的，但是由于鈦合金相對(duì)較軟，因此需提供相對(duì)較硬的氧化鉻覆蓋層，從而在軸承套與滾珠間的接觸面提供良好的軸承工作面。
由于氧化鉻以及鍍鉻技術(shù)的使用對(duì)環(huán)境不友好，且生產(chǎn)成本高昂，因此優(yōu)選不使用氧化鉻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種金屬對(duì)金屬的軸承，所述軸承包括第一材料的軸承套和容納于所述軸承套內(nèi)的第二材料的滾珠，所述軸承套與滾珠間的接觸面包括兩個(gè)軸承工作面，其中，第一材料和第二材料中的一種材料為在其表面附近具有擴(kuò)散區(qū)的鈦合金，在該鈦合金的表面上附著有氮化鈦覆蓋層以提供其中一個(gè)軸承工作面。
為了使本發(fā)明更易于被理解，下面將參考附圖通過(guò)實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行描述。


圖1是本發(fā)明的金屬對(duì)金屬的軸承的橫截面示意圖；圖2是如圖1所示的軸承的軸承套與滾珠間的接觸面的局部放大圖；圖3是在180MPa的負(fù)載下，本發(fā)明的軸承及傳統(tǒng)的使用銅合金和不銹鋼的軸承的磨損與循環(huán)的關(guān)系圖；圖4是本發(fā)明的兩個(gè)軸承、傳統(tǒng)的使用銅合金和不銹鋼的軸承及鈦/鈦軸承的磨損與循環(huán)的關(guān)系圖；和圖5是本發(fā)明的兩個(gè)軸承及傳統(tǒng)的使用銅合金和不銹鋼的軸承的轉(zhuǎn)矩與循環(huán)的關(guān)系圖。
在圖3中，測(cè)試條件為旋轉(zhuǎn)角+/-2.5度速度5周/分(cpm)所有軸承僅在開始時(shí)上潤(rùn)滑油壓力180MPa其中 為鈹銅滾珠/不銹鋼軸承套 為具有本發(fā)明覆蓋層的Ti6/4合金/具有本發(fā)明覆蓋層的Ti6/4合金軸承套在圖4中，測(cè)試條件為旋轉(zhuǎn)角+/-2.5度速度5周/分(cpm)
所有軸承僅在開始時(shí)上潤(rùn)滑油壓力80MPa其中 為鈹銅滾珠/不銹鋼軸承套 為鈦滾珠/鈦軸承套 為鈹銅滾珠/具有本發(fā)明覆蓋層的鈦合金軸承套 為具有本發(fā)明覆蓋層的鈦合金滾珠/具有本發(fā)明覆蓋層的鈦合金軸承套在圖5中，測(cè)試條件為旋轉(zhuǎn)角+/-2.5度速度5周/分(cpm)所有軸承僅在開始時(shí)上潤(rùn)滑油壓力80MPa其中 為鈹銅滾珠/不銹鋼軸承套 為鈹銅滾珠/具有本發(fā)明覆蓋層的Ti6/4合金軸承套 為具有本發(fā)明覆蓋層的Ti6/4合金滾珠/具有本發(fā)明覆蓋層的Ti6/4合金軸承套具體實(shí)施方式
參考圖1，本發(fā)明的金屬對(duì)金屬的軸承1包括軸承套2和容納于軸承套2內(nèi)的滾珠3。在滾珠的軸承工作面與具有軸承工作面的軸承套之間具有接觸面4。在如圖1所示的例子中，滾珠3的外表面具有覆蓋層5。在這個(gè)例子中，滾珠3是由鈦合金制成，而軸承套2是由銅合金制成。
在滾珠3的鈦合金外表面通過(guò)氮擴(kuò)散形成氮化物擴(kuò)散區(qū)6(見(jiàn)圖2)，擴(kuò)散區(qū)6可以硬化所述外表面和亞表面，并且可以提供能夠被覆蓋層5附著的優(yōu)良表面。將覆蓋層5施加于所述擴(kuò)散區(qū)6的表面。該覆蓋層為覆蓋在鈦合金表面上的氮化鈦覆蓋層。該覆蓋層是由物理氣相沉積(PVD)法所提供。PVD覆蓋層能夠牢固地附著在鈦合金表面的擴(kuò)散區(qū)6上，該附著效果要比在沒(méi)有氮化物擴(kuò)散區(qū)的鈦合金表面上的附著效果好得多。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，上述工藝最好是在真空條件下在700℃進(jìn)行，在此溫度下對(duì)鈦合金性能的有害影響最小，但是與直接將覆蓋層沉積在未處理的鈦合金表面(即表面不具有氮化物擴(kuò)散區(qū))上相比，覆蓋層5與滾珠3的鈦合金外表面中的擴(kuò)散區(qū)6的附著性大大增強(qiáng)。
與其他可以采用的覆蓋層相比，所得到的PVD覆蓋層5具有顯著的優(yōu)勢(shì)，原因是可以在覆蓋之前對(duì)部件進(jìn)行拋光和機(jī)械加工，使得零件可以互換而不必在覆蓋之后進(jìn)行進(jìn)一步的機(jī)械加工。覆蓋層和鈦合金具有良好的抗腐蝕性，因此不再需要鍍鎘。
令人驚訝的是，研究結(jié)果表明(見(jiàn)圖3到圖5)，當(dāng)在飛機(jī)起落架條件下使用時(shí)，所述附著在氮化物擴(kuò)散區(qū)上的PVD覆蓋層的摩擦學(xué)特性可以與傳統(tǒng)的鋼/銅合金的金屬對(duì)金屬的軸承5相匹敵，而且還具有能夠大大節(jié)省重量的優(yōu)點(diǎn)，且不再需要使用對(duì)環(huán)境不友好的生產(chǎn)技術(shù)和材料。
在上述例子中，滾珠是由鈦合金制成，而軸承套是由銅合金制成。這種材料的選擇也可以進(jìn)行對(duì)換，并將氮化鈦覆蓋層施加于與滾珠相鄰的鈦合金軸承套的表面。另外，軸承套和滾珠可以同時(shí)由鈦合金制成，在此情況下，如圖3到圖5所示的實(shí)例的結(jié)果，可以為軸承套或滾珠、或同時(shí)為兩者提供擴(kuò)散區(qū)和PVD氮化鈦覆蓋層。同時(shí)，對(duì)于上述鈦合金特別優(yōu)選為鈦6/4合金，也可以使用其他對(duì)于氮擴(kuò)散表現(xiàn)出表面硬化且可以改善TiN覆蓋層的附著性的鈦合金。
權(quán)利要求
1.一種金屬對(duì)金屬的軸承，該軸承包括第一材料的軸承套和容納于所述軸承套內(nèi)的第二材料的滾珠，所述軸承套與滾珠間的接觸面包括兩個(gè)軸承工作面，其中，所述第一材料和第二材料中的一種材料為在其表面附近具有擴(kuò)散區(qū)的鈦合金，在該鈦合金的表面上附著有氮化鈦覆蓋層以提供其中一個(gè)軸承工作面。
2.如權(quán)利要求1所述的軸承，其中所述第一材料和第二材料中的另一種材料是銅合金。
3.如權(quán)利要求1所述的軸承，其中所述第一材料和第二材料中的另一種材料是在軸承表面具有氮化鈦覆蓋層的鈦合金。
4.如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的軸承，其中所述覆蓋層由物理氣相沉積法進(jìn)行施加。
5.如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的軸承，其中所述擴(kuò)散區(qū)是在鈦合金表面上形成硬化亞表面的氮化物擴(kuò)散區(qū)。
6.如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的軸承，其中所述擴(kuò)散和物理氣相沉積法在真空條件下在700℃進(jìn)行。
7.具有第一材料的軸承套和第二材料的滾珠的金屬對(duì)金屬的軸承的制造方法，其中所述第一材料和第二材料中的一種材料為鈦合金，該方法包括在鈦合金的外表面上形成擴(kuò)散區(qū)；和利用物理氣相沉積法將覆蓋層附著在所述擴(kuò)散區(qū)表面上以形成軸承工作面。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述擴(kuò)散區(qū)是氮化物擴(kuò)散區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬對(duì)金屬的軸承，該軸承包括第一材料的軸承套和容納于所述軸承套內(nèi)的第二材料的滾珠，所述軸承套與滾珠間的接觸面包括兩個(gè)軸承工作面，其中，所述第一材料和第二材料中的一種材料為在其表面附近具有擴(kuò)散區(qū)的鈦合金，在該鈦合金的表面上附著有氮化鈦覆蓋層以提供其中一個(gè)軸承工作面。
文檔編號(hào)F16C33/12GK1676959SQ20051005107
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者保羅·史密斯 申請(qǐng)人:美蓓亞株式會(huì)社