專利名稱：一種帶微弧氧化膜層的高速水軸承結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于潤滑及軸承技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種帶微弧氧化膜層的高速水軸承結(jié)構(gòu)，即在不脆的輕金屬合金軸承表面，通過微弧氧化技術(shù)形成硬的氧化陶瓷薄膜結(jié)構(gòu)，能滿足高速水潤滑工況下，具有良好的抗空蝕與減阻性能。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械高速、高精度、高剛度和長壽命等的發(fā)展需求，傳統(tǒng)的電主軸支承技術(shù)已遠(yuǎn)不能滿足新一代高速電主軸性能的要求。由于水具有良好的粘-溫特性，近年來，高速水軸承成為學(xué)術(shù)界競相研究的熱點(diǎn)之一，瑞士 FISCHER公司與美國IBAG公司已成功研發(fā)高速水靜壓軸承，并應(yīng)用于高速機(jī)床主軸、擠壓油膜阻尼器等產(chǎn)品。然而，與傳統(tǒng)油軸承相比，高速水軸承更容易發(fā)生空蝕破壞，且仍具有大的湍流摩擦功耗，如果長期工作將產(chǎn)生振動噪音、材料破壞和壽命降低等不利因素，甚至造成嚴(yán)重的事故。當(dāng)前，空蝕破壞機(jī)制仍然是一個(gè)國際難題，有效預(yù)測和抑制高速軸承空蝕的理論及試驗(yàn)研究還不成熟；各種減阻方法已取得廣泛應(yīng)用，但對于高速流體軸承，現(xiàn)有的減阻理論和試驗(yàn)技術(shù)，還無法達(dá)到真正有效且實(shí)用的減阻效果。目前，國內(nèi)外專利中已經(jīng)公開了一些水軸承材料CN2916240Y專利公開一種水潤滑碳化硅徑向軸承，軸瓦采用全陶瓷材料；US6431758B1專利公開一種由襯底、Cu-Ni-Ag過渡層、含寶石顆粒的金屬層組成復(fù)合涂層的滑動軸承，實(shí)驗(yàn)證明在高速、大載荷、高熱和循環(huán)壓力下，具有良好的耐磨、抗空蝕性能；CN1166576A與US6176619B1專利中也公開了一種具有極好的抗熱沖擊和抗機(jī)械沖擊性的水潤滑軸承及水潤滑密封件，采用動態(tài)離子混合法在軸基底上形成氮化鈦薄膜，軸瓦采用不脆材料表面形成硬材料薄膜，包括陶瓷薄膜、硬鉻電鍍膜、工程塑料、硬碳等，試驗(yàn)證明氮化鈦膜具有優(yōu)異的抗空蝕性能。然而分析表明，全陶瓷水軸承結(jié)構(gòu)面臨高昂的成本，而現(xiàn)有的這些水軸承陶瓷涂層還處于試制階段，面臨一系 列的問題能否適用于高速水潤滑軸承結(jié)構(gòu)？制備的陶瓷膜與水膜能否很好親和？長期使用中抗空蝕與減阻效果怎樣？壽命如何？是否還有其他涂層工藝更適合于高速水軸承？
近年來，表面涂層技術(shù)飛速發(fā)展，包括熱噴涂技術(shù)、電鍍法、激光表面改性技術(shù)、滲氮、陽極氧化技術(shù)、氣相沉積等。傳統(tǒng)熱噴涂法所得陶瓷層存在均勻性差、脆性大和易于剝落等缺點(diǎn)；電鍍法的前處理工藝復(fù)雜，且易污染環(huán)境；激光熔覆法易形成脆性相和裂紋，存在精度低、工件尺寸限制和成本高等問題；而陽極氧化法得到的氧化膜表現(xiàn)為硬度較低、致密性差、膜層較薄等特點(diǎn)。另外，還有通過PVD法在鋁合金表面沉積獲得高硬度的TiN，CrN或DLC膜，但由于膜層較薄，不宜承受高的接觸載荷。由于有上述缺點(diǎn)，它們無法滿足高速水軸承材料抗空蝕和減阻等性能的需求，因此急待開發(fā)一種簡便、低廉、性能更優(yōu)異的高速水軸承結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了上述涂層技術(shù)存在的缺陷，提供了一種抗空蝕與低摩擦功耗的帶微弧氧化膜層的高速水軸承結(jié)構(gòu)，即利用先進(jìn)的微弧氧化工藝在軸瓦表面制備性能優(yōu)異的微弧氧化膜層，以及采用粉末冶金工藝制備全陶瓷軸頸。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種帶微弧氧化膜層的高速水軸承結(jié)構(gòu)，包括水軸承和主軸，所述主軸外面套有水軸承，水軸承內(nèi)設(shè)有小孔節(jié)流器；
所述水軸承軸頸采用全陶瓷材料制成； 所述水軸承軸瓦采用不脆的輕金屬材料制成，其滑動表面上制備微弧氧化膜層。作為優(yōu)選，所述的全陶瓷材料，是由陶瓷粉末原料(如A1203、Si3N4等)，經(jīng)干壓或等靜壓等方法加壓成型后燒結(jié)而成，優(yōu)點(diǎn)是全陶瓷軸頸比重輕，慣性小，熱膨脹系數(shù)低，化學(xué)穩(wěn)定性好，具有減摩、抗磨、抗空蝕腐蝕、抗沖擊性能等優(yōu)良特性,更適宜高速水軸承的潤滑。作為優(yōu)選，所述的微弧氧化膜層，是在不脆的輕金屬材料(如鋁合金、鈦合金等)的表面，通過微弧氧化工藝原位生長出高耐磨性、抗空蝕腐蝕的Al2O3或TiO2的多孔陶瓷膜層，即利用微弧氧化裝置，將輕金屬材料的軸瓦連接脈沖電源的陽極，在軸瓦中心插入不銹鋼電極連接脈沖電源的陰極，且軸瓦與不銹鋼電極一起浸沒于堿性鹽溶液中，在脈沖電壓或電流的作用下，輕金屬材料軸瓦的基底表面上將原位生長出氧化陶瓷膜層，膜厚達(dá)到100-250um，維氏硬度達(dá)到2000。此涂層結(jié)構(gòu)及工藝過程可以保證只在軸瓦內(nèi)壁面形成較厚的多孔氧化陶瓷膜，而軸瓦端面與外圓柱面僅是形成了幾微米的氧化陶瓷膜，滿足了高速水軸承抗空蝕與低摩擦功耗的工程需求。有益效果本發(fā)明高速水軸承結(jié)構(gòu)，具有綠色環(huán)保、工藝簡便、性價(jià)比高、適宜批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，制備的陶瓷薄膜與基底金屬結(jié)合力強(qiáng)，適用于高速水軸承結(jié)構(gòu)，能與水潤滑介質(zhì)很好的親和，其具有微形貌特征的多孔陶瓷層皆有良好的抗空蝕與減阻性能，能突破高速水軸承發(fā)熱嚴(yán)重的技術(shù)難題，滿足新一代高速電主軸支撐部件的設(shè)計(jì)要求。


圖I為本發(fā)明水軸承結(jié)構(gòu)示意 圖2為圖I的A-A面剖視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖I和2所示一種帶微弧氧化膜層的高速水軸承結(jié)構(gòu)，包括水軸承I和主軸3，所述主軸3外面套有水軸承1，水軸承I內(nèi)設(shè)有小孔節(jié)流器4 ；
所述水軸承I軸頸采用全陶瓷材料制成；
所述水軸承I軸瓦采用不脆的輕金屬材料制成，其滑動表面上制備微弧氧化膜層2。所述的全陶瓷材料，是采用化學(xué)法制備微米級的Si3N4粉末顆粒原料，通過等靜壓成型工藝壓制成型，最后經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)工藝制備得到全陶瓷軸頸。所述的微弧氧化膜層2，是在硬鋁合金材料LY12的內(nèi)孔圓柱表面上通過微弧氧化工藝生長出高耐磨性、抗空蝕腐蝕的a -Al2O3多孔陶瓷膜層，致密層膜厚200um，HV硬度高于 2000。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未 明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種帶微弧氧化膜層的高速水軸承結(jié)構(gòu)，包括水軸承和主軸，所述主軸外面套有水軸承，水軸承內(nèi)設(shè)有小孔節(jié)流器；其特征在于 所述水軸承軸頸采用全陶瓷材料制成； 所述水軸承軸瓦采用不脆的輕金屬材料制成，其滑動表面上制備微弧氧化膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種帶微弧氧化膜層的高速水軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的全陶瓷材料，通過粉末冶金工藝制備得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種帶微弧氧化膜層的高速水軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于所述全陶瓷材料為A1203、Si3N4等。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶微弧氧化膜層的高速水軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于所述粉末冶金工藝為用陶瓷粉末作為原料，經(jīng)過干壓或等靜壓等壓制成型后再燒結(jié)的過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種帶微弧氧化膜層的高速水軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于所述不脆的輕金屬材料為招合金或鈦合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶微弧氧化膜層的高速水軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的微弧氧化膜層是在不脆的輕金屬材料的表面，通過微弧氧化工藝原位生長出Al2O3或TiO2的多孔陶瓷膜層。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種帶微弧氧化膜層的高速水軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的微弧氧化膜層膜厚達(dá)到100-250um。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶微弧氧化膜層的高速水軸承結(jié)構(gòu),包括水軸承和主軸，所述主軸外面套有水軸承，水軸承內(nèi)設(shè)有小孔節(jié)流器；所述水軸承軸頸采用全陶瓷材料制成；所述水軸承軸瓦采用不脆的輕金屬材料制成，其滑動表面上制備微弧氧化膜層。本發(fā)明高速水軸承結(jié)構(gòu)，具有綠色環(huán)保、工藝簡便、性價(jià)比高、適宜批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，制備的陶瓷薄膜與基底金屬結(jié)合力強(qiáng)，適用于高速水軸承結(jié)構(gòu)，能與水潤滑介質(zhì)很好的親和，其具有微形貌特征的多孔陶瓷層皆有良好的抗空蝕與減阻性能。
文檔編號F16C33/12GK102748380SQ20121023558
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者程峰, 蔣書運(yùn) 申請人:東南大學(xué)