一种高性能复合材料滑动轴承及其制备方法

摘要

本发明提供一种高性能复合材料滑动轴承及制备方法。本发明包括基体、连接层和复合层；所述基体为金属材料制成；所述连接层包括铜网‑铜皮复合连接结构，所述铜网‑铜皮复合连接结构包括铜皮隔层和铜网，所述铜网与复合材料形成的所述复合层相连，所述铜网‑铜皮复合连接结构的另一侧与基体固定连接。本发明采用铜网‑铜皮复合连接结构，中间铜皮隔层可以防止复合层复合材料渗漏，这种连接方式有效地增强了金属‑塑料复合材料的整体刚性，具有较好的尺寸稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，尤其涉及一种高性能复合材料滑动轴承及其制备方法。

背景技术

目前关于改性聚四氟乙烯滑动轴承在制造上通常采用三层复合结构，通过中间连接层将树脂和金属结合在一起，尤其是对于目前的弹性金属塑料瓦，采用压制金属丝垫，冷压树脂和热成型的方式进行轴瓦制作，但该方法金属丝垫制作过程较为繁琐，最大缺点是无法实现连续化生产，造成时间节奏慢，单体差异性大的缺点。

金属与聚芳醚酮工程塑料形成的复合材料轴承的结构很多，如中国专利CN2886176Y专利文件中公开的PEEK复合材料滑动轴承，以钢为基材，在其表面烧结铜粉层，再将PEEK材料与铜粉层烧结，该方法制成的滑动轴承比现有的聚四氟乙烯滑动轴承性能更加优越，应用广泛，可满足不同结构设计要求。但是该结构中铜粉烧结后其表面平整性、密度均匀性及孔隙率不能达到理想状况。

现有技术中还公开了一种金属塑料复合材料轴承，将叠放的多层铜网经过烧结形成铜网骨架，然后在铜网骨架表面铺撒填充工程塑料，经模压、烧结塑化形成叠层铜网塑料复合材料，然后经过裁剪、卷制或将铜网塑料复合材料与钢瓦基经钎焊形成不同轴承。但该复合结构中金属骨架与工程塑料复合时，金属骨架缝隙被工程塑料填满，与钢基体焊接时降低钎焊质量，从而降低铜网塑料复合材料与钢基体的粘结强度。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种耐高温、自润滑性能好、耐候性好，可在无润滑、低速重载工况下或在液体、固体粉尘污染等恶劣环境下使用，适用于水电、风电、齿轮箱和军工等领域的高性能复合材料滑动轴承。

本发明采用的技术手段如下：

一种高性能复合材料滑动轴承，包括基体、连接层和复合层；

所述基体为金属材料制成；

所述连接层包括铜网-铜皮复合连接结构，所述铜网-铜皮复合连接结构包括铜皮隔层和铜网，所述铜网与复合材料形成的所述复合层相连，所述铜网-铜皮复合连接结构的另一侧与基体固定连接。

进一步地，所述铜网-铜皮复合连接结构为铜网-铜皮双侧结构或铜网-铜皮单侧结构，所述的铜网-铜皮单侧结构为在铜皮两侧的其中一侧编织叠层铜网，所述铜网-铜皮双侧结构为在铜皮两侧均编织叠层铜网；

所述铜网-铜皮双侧结构的铜皮隔层的两侧均设有铜网，上方铜网的顶端与所述复合层相连，下方铜网的底端与所述基体钎焊连接；

所述铜网-铜皮单侧结构的铜皮隔层的单侧设有铜网，上方铜网的顶端与所述复合层相连，下方铜皮的底端与所述基体钎焊连接。

进一步地，所述铜网为叠层铜网，即其由多层铜网叠加编织而成，相邻的铜网材质、目数相同或不同，铜皮两侧的铜网材质、目数、层数相同或不同。

进一步地，所述的铜网为锡青铜网或黄铜网，所述的铜皮为锡青铜皮或锡磷铜皮或铍青铜皮。

进一步地，所述的铜网直径为0.1mm至0.5mm，网孔目数为20目至100目，所述的铜皮厚度为0.05mm至0.2mm。

进一步地，所述的叠层铜网包括1至4层叠放的所述铜网，相邻的两层所述铜网的经纬线方向交错0°至90°。

进一步地，铜网为3层，包括一层60目锡青铜皮底层和叠放在所述锡青铜皮底层上的一层20目锡青铜皮和一层60目锡青铜皮。

本发明还公开上述高性能复合材料滑动轴承的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：铜网、铜皮预处理，主要包括铜网、铜皮的裁剪以及裁剪后铜网、铜皮的表面处理；

步骤二：将预设层数的铜网摆在铜皮的预设位置，将整体放置于气体保护链式烧结炉中，烧结温度设定为铜网的扩散温度，按常规烧结工艺技术进行烧结，所述烧结温度为930～980℃，转速为5～15r/min；

步骤三：将烧结后的铜网-铜皮复合连接结构进行调平后裁剪为所需大小；

步骤四：按现有模压或注射成型工艺将高性能复合材料与铜网-铜皮复合结构进行复合；

步骤五：将复合层浸锡后与不同几何形状的钢基经钎焊结合在一起，经机械精加工制成不同规格的推力轴瓦。

进一步地，所述步骤二中，铜网-铜皮复合连接结构的底部放置在厚度为20～40mm石墨板上，顶层铜网上再放置一块石墨板。

进一步地，所述高性能复合材料包括改性聚四氟乙烯粉体或板材和改性聚芳醚酮类材料的粉体或板材。

本发明采用铜网-铜皮复合连接结构，中间铜皮隔层可以放置复合层复合材料渗漏，这种连接方式有效地增强了金属-塑料复合材料的整体刚性，具有较好的尺寸稳定性。本发明可以在现有技术基础上节省原材料，减少产品加工量，节约原材料成本，在本专利基础上更便于全过程的自动化连续生产作业，减少人工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明高性能复合材料滑动轴承的第一实施例的结构示意图。

图中：1、基体；21、铜皮；22、第一类铜网；23、第二类铜网；3、复合层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例公开了一种高性能复合材料滑动轴承，包括：基体、连接层和复合层；

所述基体1为金属材料制成，本实施例中，基体为钢材构成的钢瓦基；

所述连接层包括铜网-铜皮复合连接结构，所述铜网-铜皮复合连接结构包括铜皮21隔层和铜网，所述铜网与复合材料形成的所述复合层3相连，所述铜网-铜皮复合连接结构的另一侧与基体固定连接，具体通过钎焊将其与钢瓦基连接，复合层以高性能树脂复合材料为表面工作层，具体地，所述铜网-铜皮复合连接结构中填充高性能复合材料，并在所述铜网-铜皮复合连接结构的铜网侧表面形树脂类工程塑料层。

所述铜网-铜皮复合连接结构为铜网-铜皮双侧结构或铜网-铜皮单侧结构，所述的铜网-铜皮单侧结构为在铜皮两侧的其中一侧编织叠层铜网，所述铜网-铜皮双侧结构为在铜皮两侧均编织叠层铜网；

所述铜网-铜皮双侧结构的铜皮隔层的两侧均设有铜网，上方铜网的顶端与所述复合层相连，下方铜网的底端与所述基体钎焊连接；

所述铜网-铜皮单侧结构的铜皮隔层的单侧设有铜网，上方铜网的顶端与所述复合层相连，下方铜皮的底端与所述基体钎焊连接。

所述铜网为叠层铜网，即其由多层铜网叠加编织而成，相邻的铜网材质、目数相同或不同，铜皮两侧的铜网材质、目数、层数相同或不同。

所述的铜网为锡青铜网或黄铜网，使得铜网具有较好的刚度、耐磨性能。所述的铜皮为锡青铜皮或锡磷铜皮或铍青铜皮。

所述的铜网直径为0.1mm至0.5mm，网孔目数为20目至100目，所述的铜皮厚度为0.05mm至0.2mm，作为优选，厚度0.05-0.15mm。合适的网孔目数能够很好的与铜皮烧结粘结，并提高铜网的刚度，而且方便填充工程塑料和浸锡钎焊。

所述的叠层铜网包括1至4层叠放的所述铜网，相邻的两层所述铜网的经纬线方向交错0°至90°，从而使相邻两层铜网，即第一类铜网21和第二类铜网22上的网眼相互错开，从而能够更进一步地提高铜网叠放之后的刚度，增加孔隙。多层铜网可全部采用锡青铜丝或黄铜丝编织的铜网，或者采用1至2层的锡青铜网或黄铜网编织的叠层铜网。下层的铜网(与铜皮靠近)的网孔目数一般为40至100目，2至4层铜网的网孔目数一般为20至60目。更优选地，相邻的两层铜网的经纬线方向交错45°。从而使相邻的两侧的铜网上的网眼相互均匀的错开，从而使铜网的性能更均匀。

作为一种优选的实施方式，铜网为3层，包括一层60目锡青铜皮底层和叠放在所述锡青铜皮底层上的一层20目锡青铜皮和一层60目锡青铜皮。

本发明由于采用铜网-铜皮复合连接结构，并在铜网中填充高性能复合材料，铜网和高性能复合材料通过模压成型或注塑成型紧密连接，中间铜皮隔层，可以防止高性能复合材料渗漏，铜网浸锡后与钢基体钎焊连接。铜网与铜皮的烧结有效地提高了铜网-铜皮结构的粘结强度，这种连接方式有效地增强了金属-塑料复合材料的整体刚性，具有较好的尺寸稳定性，多层铜网的叠放，并在铜网骨架中填充工程塑料，有效地增强了铜网塑料复合材料的整体刚性。铜网或铜皮与钢基体钎焊时，降低了钎焊料的使用量，不但降低工艺成本，而且节约环保。高性能复合材料耐高温、耐辐射、自润滑性能好、耐候性好，可在无润滑、低速重载工况下或在液体、固体粉尘污染等恶劣环境下使用，适用于、风电、齿轮箱和军工等领域。

本发明还公开上述高性能复合材料滑动轴承的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：铜网、铜皮预处理，主要包括铜网、铜皮的裁剪以及裁剪后铜网、铜皮的表面处理；

步骤二：将预设层数的铜网摆在铜皮的预设位置，将整体放置于气体保护链式烧结炉中，烧结温度设定为铜网的扩散温度，按常规烧结工艺技术进行烧结，所述烧结温度为930～980℃，转速为5～15r/min；

步骤三：将烧结后的铜网-铜皮复合连接结构进行调平后裁剪为所需大小；

步骤四：按现有模压或注射成型工艺将高性能复合材料与铜网-铜皮复合结构进行复合；

步骤五：将复合层浸锡后与不同几何形状的钢基经钎焊结合在一起，经机械精加工制成不同规格的推力轴瓦。

实施例1

本实施例中，采用铜网-铜皮双侧结构，三层铜网，与改性聚芳醚酮类材料粉体模压成型，形成的复合层经钎焊与钢瓦基连接形成高性能复合材料轴承，具体包括以下步骤：

步骤一：裁剪铜网、铜皮。将厚度为0.05mm的锡青铜皮裁剪为片状；网孔目数为60目锡青铜网按经纬线方向裁剪成片状；网孔目数为20目锡青铜网按与经纬线交错成45°方向裁剪成片状。由于裁剪方向不同，从而使叠放后的铜网的经纬线方向相互交错。

步骤二：对裁剪成型的铜网、铜皮处理，主要包括调平、去除表面油污，为烧结前做好准备工作。

步骤三：将铜皮和铜网摆放好位置，靠近铜皮两侧的为网孔目数为60目，网直径为0.1mm的锡青铜网，中间铜网为与经纬线成45°的网孔目数为20目锡青铜网，最外层的为网孔目数为60目的锡青铜网。将叠层铜网和铜皮放置在厚度为20～40mm石墨板上，顶层铜网上再放置一块石墨板后，将整体放置于气体保护链式烧结炉中，烧结温度设定为铜网的扩散温度，按常规烧结工艺技术进行烧结。铜网放在石墨板上，能够避免底部的铜网与炉膛直接接触，从而防止在放置和取出铜网的过程中，炉膛与铜网产生摩擦，方便工件进、出炉，并使整个铜网受热更加均匀。在顶层铜网上再放置一块石墨板，对铜网产生一定的压力，防止在烧结过程中，铜皮和铜网产生翘曲，烧结过程中的参数：烧结温度为930～980℃，转速为5～15r/min。

步骤四：将烧结后的铜网-铜皮结构进行调平后裁剪为所需大小，待与改性聚芳醚酮材料复合。

步骤五：复合与压制。选用合适的模具，在模具中先放置一定量的改性聚芳醚酮材料粉体，再将铜网-铜皮复合结构轻放于其上，用压力设备模压成型，成型压力50MPa，改性聚芳醚酮材料层厚度约为1～4mm。

步骤六：模压成型。按常规现有工艺技术进行模压成型。

步骤七：钎焊复合。将复合层浸锡后与不同几何形状的钢基经钎焊结合在一起，经机械精加工制成不同规格的推力轴瓦。

实施例2

本实施例中，采用铜网-铜皮双侧结构，两层铜网，复合材料为改性聚四氟乙烯粉体为例，具体包括以下步骤：

步骤一：裁剪铜皮、铜网。将厚度为0.15mm的锡磷铜皮裁剪为片状；网孔目数为60目黄铜网按经纬线方向裁剪为片状；网孔目数为20目锡青铜网按与经纬线交错成45°方向裁剪成片状。

步骤二：对裁剪成型的铜皮、铜网处理，主要包括将铜皮、铜网调平，去除铜皮、铜网表面的油污。

步骤三：将铜皮和铜网摆放好位置，靠近铜皮两侧的为网孔目数为60目，网直径为0.3mm的黄铜网，外层为与经纬线成45°的20目的锡青铜网。将叠层铜网和铜皮放置在厚度为20～40mm石墨板上，顶层铜网上再放置一块石墨板后，将整体放置于气体保护链式烧结炉中，烧结温度设定为铜网的扩散温度，按常规烧结工艺技术进行烧结。

步骤四：将烧结后的铜网-铜皮双侧结构进行调平后裁剪为所需大小，待与改性聚四氟乙烯材料复合。

步骤五：复合与压制。选用合适的模具，在模具中先放置一定量的改性聚四氟乙烯粉体，再将铜网-铜皮复合结构轻放于其上，用压力设备模压成型，成型压力50MPa，改性聚四氟乙烯材料层厚度约为1～4mm。

步骤六：烧结塑化，将压制成型的复合板料放置在气体保护炉或真空炉中，在气体保护或真空条件按改性聚四氟乙烯的常规现有工艺技术进行烧结塑化，形成复合层。

步骤七：调平。将复合层按现有工艺技术进行调平。

步骤七：钎焊复合。将复合层浸锡后与不同几何形状的钢基经钎焊结合在一起，经机械精加工制成不同规格的推力轴瓦。

实施例3

本实施例中，采用铜网-铜皮单侧结构，两层铜网，复合材料为改性聚芳醚酮板材为例，制作第三实施例的轴承具体包括以下步骤：

步骤一：裁剪铜皮、铜网。将厚度为0.2mm的铜皮裁剪为所需大小；网孔目数为100目锡青铜网按经纬线方向裁剪成条状；网孔目数为60目锡青铜网按与经纬线交错成45°方向裁剪成片。

步骤二：对裁剪成型的铜皮、铜网处理，主要包括将条状铜网调平，去除铜网表面的油污，为烧结前做好准备工作。

步骤三：将铜皮和铜网摆放好位置，靠近铜皮两侧的为网孔目数为100目，网直径为0.3mm的锡青铜网，外层为与经纬线成45°的60目的锡青铜网。将叠层铜网和铜皮放置在厚度为20～40mm石墨板上，顶层铜网上再放置一块石墨板后，将整体放置于气体保护链式烧结炉中，烧结温度设定为铜网的扩散温度，按常规烧结工艺技术进行烧结。

步骤四：将烧结后的铜网-铜皮单侧结构进行调平后裁剪为所需大小，待与改性聚芳醚酮材料复合。

步骤五：复合与压制。选用合适的模具，在模具中先放置一定量的改性聚芳醚酮板材，再将铜网-铜皮单侧结构轻放于其上，用压力设备模压成型，成型压力50MPa，高性能复合材料类复合材料层厚度约为1～4mm。

步骤六：模压成型。按常规现有工艺技术进行模压成型。

步骤七：钎焊复合。将铜皮浸锡后与不同几何形状的钢基经钎焊结合在一起，经机械精加工制成不同规格的推力轴瓦。

实施例4

本实施例整体技术方案与上述实施例1～3相同，与其不同的是，步骤五和六中的成型步骤替换为现有的注射成型步骤。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。