一种聚芳醚酮复合材料滑动轴承及其制造方法与流程

1.本发明涉及滑动轴承制造领域技术领域，尤其涉及一种聚芳醚酮复合材料滑动轴承及其制造方法。


背景技术：

2.复合材料轴承为滑动轴承的主流产品，它是由瓦基体与工程塑料层通过一定的工艺手段结合为一体，为了更好地结合在一起，目前市场上的滑动轴承有在不锈钢瓦基上通过机械加工出纵横交错沟槽的，在其上面有滚压平整的聚芳醚酮塑料，通过高温熔融手段使不锈钢瓦基与聚芳醚酮塑料层相结合，形成可靠物理连接的一体化复合板材，最终通过一系列加工成滑动轴承制品，这种连接结构加工时间长，加工难度高，也会给滑动轴承带来一定的边缘效应集中的问题。
3.也有聚四氟乙烯-钢基复合材料轴承是在钢板上烧结一层或多层铜粉，形成多孔隙中间层，再将聚四氟乙烯树脂粉末平整铺设在铜粉层上进行轧制，高温烧结形成复合材料板材，在经过一系列加工成复合材料轴承制品，但这种通过铜粉烧结连接结构制成的复合材料滑动轴承，仅限于使用一定厚度的钢板，不能使用厚的不锈钢瓦基，而且使用聚四氟乙烯耐高温性较差，因此这种滑动轴承就会在高温、重载的使用工况下会受到一定的限制。


技术实现要素：

4.根据上述提出的技术问题，而提供一种聚芳醚酮复合材料滑动轴承及其制造方法，具体涉及的是由改性聚芳醚酮金属塑料复合材料制成的滑动轴承及其制造方法。该产品适用于适合于核主泵、水轮发电机、风电、齿轮箱、船舶等机械设备，以解决目前现有技术中生产效率低，生产成本高，边缘应力集中等技术问题。本发明采用的技术手段如下：
5.一种聚芳醚酮复合材料滑动轴承的制造方法，包括如下步骤：
6.步骤1、依据不锈钢瓦基毛坯形状和尺寸进行复合成型模具设计；
7.步骤2、在钢基体表面中间部位制造出若干具有凹凸面的燕尾槽结构；
8.步骤3、向钢基体扇形表面上的瓦基边缘位置4-5毫米均匀铺设一层不同规格混合后的球形铜粉；
9.步骤4、在还原性或惰性气氛下进行烧结，形成多孔铜粉层；
10.步骤5、对于要使用的聚芳醚酮粉料或改性的聚芳醚酮粉料在预设温度下干燥一段时间；
11.步骤6、将烘干后的聚芳醚酮粉料或改性的聚芳醚酮粉料平铺在钢基体表面上，合上模具；
12.步骤7、在压力机上施加30-50mpa的压力，施加压力之后，放入加热炉内，加热到350-400℃；
13.步骤8、加热后的模具从加热炉内移出，放置在压力机上，施加30-60mpa压力，同时保压，进行冷却，脱模，制得厚度为0.1～1.5mm的聚芳醚酮金属塑料复合板材，再经过一系
列加工，得到复合材料轴承。
14.进一步地，步骤2中，所述的凹凸面位于所述不锈钢瓦基上表面，不锈钢瓦基上表面的凹凸面上的聚芳醚酮塑料层厚度达到1.5～5mm，凹凸面的凸面通过表面喷砂等粗化处理成粗糙面。
15.进一步地，所述的球形铜粉的材质为qsn8-3球形锡青铜，细度为20～60目，将球粉均匀铺设在带有燕尾槽钢基的边缘位置，在烧结气氛为体积比1:3的氮气和氢气混合气氛进行烧结。
16.进一步地，对于不锈钢瓦基上表面的凹凸面，在步骤4中，要分别计算、称重位于所述不锈钢瓦基上下表面部分所需要聚芳醚酮粉料的用量。
17.本发明还公开了由上述制造方法制备的滑动轴承，该滑动轴承的瓦基体为扇形，包括钢基体层、铜粉层以及聚芳醚酮塑料层，所述钢基体的中心位置开设若干凹凸面，钢基体的表面边缘为一圈铜粉层，在钢基体层和铜粉层上铺设所述聚芳醚酮塑料层。
18.进一步地，不锈钢瓦基承扇形，瓦基上凹凸面的凹面由多条横向凹槽和多条纵向凹槽组成，多条横向凹槽等间距排列，相邻所述横向凹槽之间的间距为6-10mm,所述横向槽的凹槽口的宽度为4-12mm，所述横向凹槽的凹槽底的宽度比横向凹槽的凹槽口的宽度大0.5-1mm，所述横向凹槽的深度为1-5mm,所述多条纵向凹槽等间距排列，相邻纵向凹槽之间的间距为6-10mm，纵向凹槽的凹槽口的宽度为4-12mm，纵向凹槽的凹槽底的宽度比所述凹槽的凹槽口的宽度大0.5-1mm，纵向凹槽的深度为1-5mm。
19.与现有的技术相比，本发明的一种聚芳醚酮金属塑料一体化复合材料轴承，上述瓦基上中间部位的凹凸面以及边缘部位的烧结铜粉组合的粗糙面与聚芳醚酮熔融后形成特有的粘结性相结合，增强了聚芳醚酮塑料层与不锈钢瓦基总体的撕扯强度、结合度；而且，本发明制造的方法得到的复合材料滑动轴承不仅具有良好的耐磨损、抗冲击、低摩擦、自润滑等特性，还解除了现有技术存在的瓶颈。
附图说明
20.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。
21.图1为本发明不锈钢瓦基的结构示意图。
具体实施方式
22.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。
23.本发明实施例公开了一种聚芳醚酮复合材料滑动轴承的制造方法，包括如下步骤：
24.步骤1、依据不锈钢瓦基毛坯形状和尺寸进行复合成型模具设计，复合成型，模具
材料为p20模具钢，模具设有排气通道；
25.步骤2、在钢基体表面中间部位制造出若干具有凹凸面的燕尾槽结构，具体地，可通过车床来刨出凹凸面—燕尾槽；
26.步骤3、向钢基体扇形表面上的瓦基边缘位置均匀铺设不同规格混合后的球形铜粉，即图1中的最外圈一圈；
27.步骤4、将上述组合后的结构在还原性或惰性气氛下进行烧结，形成多孔铜粉层；
28.步骤5、根据不同厚度计算、称重用料量，对于要使用的聚芳醚酮粉料或改性的聚芳醚酮粉料在预设温度下干燥一段时间；具体地，在120℃温度下干燥8个小时以上，避免粉料烧结后出现气孔等缺陷；
29.步骤6、将所述不锈钢瓦基清洗并干燥后放在所述的凹模中，再将干燥后的聚芳醚酮粉料平铺在凹模型腔中不锈钢瓦基上，刮平，合上模具；
30.步骤7、在压力机上施加30-50mpa的压力，施加压力之后，放入加热炉内，加热到350-400℃；本实施例中，在压力机上施加40mpa的压力，施加压力之后，放入加热炉内，加热到360℃，使聚芳醚酮处于粘流状态，加热时间视工件规格和模具大小而定；
31.步骤8、加热后的模具从加热炉内移出，放置在压力机上，施加30-60mpa压力，同时保压，进行冷却，脱模，制得厚度为1.5～5mm的聚芳醚酮金属塑料复合板材，再经过一系列加工，得到复合材料轴承。本实施例中，施加50mpa压力。
32.进一步地，步骤2中，所述的凹凸面位于分别所述不锈钢瓦基上表面和，不锈钢瓦基上表面的凹凸面上的聚芳醚酮塑料层厚度达到1.5～5mm，凹凸面的凸面可以通过表面喷砂等粗化处理成粗糙面。
33.进一步地，所述的球形铜粉的材质为qsn8-3球形锡青铜，细度为20～60目，将球粉均匀铺设在带有燕尾槽钢基的边缘位置，在烧结气氛为体积比1:3的氮气和氢气混合气氛进行烧结。
34.进一步地，对于不锈钢瓦基上表面的凹凸面，在步骤4中，要分别计算、称重位于所述不锈钢瓦基上下表面部分所需要聚芳醚酮粉料的用量。
35.本发明还公开了由上述制造方法制备的滑动轴承，该滑动轴承的瓦基体为扇形，包括钢基体层、铜粉层以及聚芳醚酮塑料层，所述钢基体的中心位置开设若干凹凸面，钢基体的表面边缘为一圈铜粉层，在钢基体层和铜粉层上铺设所述聚芳醚酮塑料层。
36.进一步地，不锈钢瓦基承扇形，瓦基上凹凸面的凹面由多条横向凹槽和多条纵向凹槽组成，多条横向凹槽等间距排列，相邻所述横向凹槽之间的间距为6-10mm,所述横向槽的凹槽口的宽度为4-12mm，所述横向凹槽的凹槽底的宽度比横向凹槽的凹槽口的宽度大0.5-1mm，所述横向凹槽的深度为1-5mm,所述多条纵向凹槽等间距排列，相邻纵向凹槽之间的间距为6-10mm，纵向凹槽的凹槽口的宽度为4-12mm，纵向凹槽的凹槽底的宽度比所述凹槽的凹槽口的宽度大0.5-1mm，纵向凹槽的深度为1-5mm。
37.对比例1
38.与本发明实施例不同的是，对比例1取消实施例1的步骤3和步骤4，即在凹凸面上直接铺设聚芳醚酮粉料或改性的聚芳醚酮粉料。
39.将其实施例1和对比例1制造得到的复合材料轴承进行结合牢度测试，结果如表1所示。
40.表1
41.检测项目实施例1对比例1压剪强度22.7mpa16.3mpa拉拔强度12.65mpa6.2mpa
42.从表1的测试结果可见，本发明实施例1制造得到的复合材料轴承，与对比例1制造得到的复合材料轴承相比较，比对比例1的结合、撕扯强度更大，同时解决了边缘效应集中的问题。
43.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。

技术特征：
1.一种聚芳醚酮复合材料滑动轴承的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、依据不锈钢瓦基毛坯形状和尺寸进行复合成型模具设计；步骤2、在钢基体表面中间部位制造出若干具有凹凸面的燕尾槽结构；步骤3、向钢基体扇形表面上的瓦基边缘位置4-5毫米均匀铺设一层不同规格混合后的球形铜粉[铜粉的厚度是否需要限定以及铜粉形成的图中的宽度数值][铜粉的厚度不需要界定，铺设一层即可]；步骤4、在还原性或惰性气氛下进行烧结，形成多孔铜粉层；步骤5、对于要使用的聚芳醚酮粉料或改性的聚芳醚酮粉料在预设温度下干燥一段时间；步骤6、将烘干后的聚芳醚酮粉料或改性的聚芳醚酮粉料平铺在钢基体表面上，合上模具；步骤7、在压力机上施加30-50mpa的压力，施加压力之后，放入加热炉内，加热到350-400℃；步骤8、加热后的模具从加热炉内移出，放置在压力机上，施加30-60mpa压力，同时保压，进行冷却，脱模，制得厚度为0.1～1.5mm的聚芳醚酮金属塑料复合板材，再经过一系列加工，得到复合材料轴承。2.根据权利要求1所述的聚芳醚酮复合材料滑动轴承的制造方法，其特征在于，步骤2中，所述的凹凸面位于所述不锈钢瓦基上表面，不锈钢瓦基上表面的凹凸面上的聚芳醚酮塑料层厚度达到1.5～5mm，凹凸面的凸面通过表面喷砂等粗化处理成粗糙面。3.根据权利要求1所述的聚芳醚酮复合材料滑动轴承的制造方法，其特征在于，所所述的球形铜粉的材质为qsn8-3球形锡青铜，细度为20～60目，将球粉均匀铺设在带有燕尾槽钢基的边缘位置。4.根据权利要求1所述的聚芳醚酮复合材料滑动轴承的制造方法，其特征在于，在烧结气氛为体积比1:3的氮气和氢气混合气氛进行烧结。5.根据权利要求1所述的聚芳醚酮复合材料滑动轴承的制造方法，其特征在于，对于不锈钢瓦基上表面的凹凸面，在步骤4中，要分别计算、称重位于所述不锈钢瓦基上下表面部分所需要聚芳醚酮粉料的用量。6.由权利要求1～5任一项制造方法制造的滑动轴承。7.根据权利要求6所述的滑动轴承，其特征在于，滑动轴承的瓦基体为扇形，包括钢基体层、铜粉层以及聚芳醚酮塑料层，所述钢基体的中心位置开设若干凹凸面，钢基体的表面边缘为一圈铜粉层，在钢基体层和铜粉层上铺设所述聚芳醚酮塑料层。8.根据权利要求7所述的滑动轴承，其特征在于，不锈钢瓦基承扇形，瓦基上凹凸面的凹面由多条横向凹槽和多条纵向凹槽组成，多条横向凹槽等间距排列，相邻所述横向凹槽之间的间距为6-10mm,所述横向槽的凹槽口的宽度为4-12mm，所述横向凹槽的凹槽底的宽度比横向凹槽的凹槽口的宽度大0.5-1mm，所述横向凹槽的深度为1-5mm,所述多条纵向凹槽等间距排列，相邻纵向凹槽之间的间距为6-10mm，纵向凹槽的凹槽口的宽度为4-12mm，纵向凹槽的凹槽底的宽度比所述凹槽的凹槽口的宽度大0.5-1mm，纵向凹槽的深度为1-5mm。

技术总结
本发明提供一种聚芳醚酮复合材料滑动轴承及其制造方法。本发明不锈钢瓦基承扇形，瓦基上凹凸面的凹面由多条横向凹槽和多条纵向凹槽组成，多条横向凹槽等间距排列，钢基体的表面边缘为一圈铜粉层，在钢基体层和铜粉层上铺设所述聚芳醚酮塑料层。本发明瓦基上中间部位的凹凸面以及边缘部位的烧结铜粉组合的粗糙面与聚芳醚酮熔融后形成特有的粘结性相结合，增强了聚芳醚酮塑料层与不锈钢瓦基总体的撕扯强度、结合度；而且，本发明制造的方法得到的复合材料滑动轴承不仅具有良好的耐磨损、抗冲击、低摩擦、自润滑等特性，还解除了现有技术存在的瓶颈。存在的瓶颈。存在的瓶颈。


技术研发人员：杨亮 张鹤馨 郑海洋 王斌
受保护的技术使用者：大连三环复合材料技术开发股份有限公司
技术研发日：2023.07.26
技术公布日：2023/10/5