張國(guó)強(qiáng) 王宏剛 倪志偉 范建明 顧春衛(wèi) 許文杰
(①浙江中達(dá)軸承有限公司,浙江嘉興 314003;②中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅蘭州 730000)
聚四氟乙烯(PTFE)具有優(yōu)異的自潤(rùn)滑性能和耐高溫特性,廣泛應(yīng)用于摩擦系數(shù)要求較小的摩擦工況中。利用低碳冷軋鋼板為基體,改性PTFE為自潤(rùn)滑表面層,中間燒結(jié)多孔隙的錫青銅粉層,所制備的滑動(dòng)軸承具有廣泛的應(yīng)用前景,不僅具有優(yōu)異的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性,并且可以提高軸承的承載能力,具有更加優(yōu)異的耐磨損性能[1-2]。
渦旋壓縮機(jī)的動(dòng)靜盤(pán)在渦旋運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要兩個(gè)軸承,帶法蘭的上軸承裝配于動(dòng)盤(pán)中,主要功能是起承載和耐磨作用;直筒軸承裝配于靜盤(pán)中,主要起耐磨和密封作用。通過(guò)實(shí)際工況計(jì)算,上軸承的實(shí)際承載力為4 000 N,下軸承的實(shí)際承載力為3 000 N。本文主要針對(duì)渦旋式空氣壓縮機(jī)的使用特點(diǎn),分析靜動(dòng)渦旋用自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)工況,研制具有優(yōu)異自潤(rùn)滑性能并滿(mǎn)足實(shí)際工況的多層PTFE自潤(rùn)滑復(fù)合軸承。
在PTFE乳液中添加石墨、二硫化鉬等固體潤(rùn)滑劑,通過(guò)機(jī)械混合,同時(shí)加入破乳劑,使得乳液結(jié)構(gòu)破壞,最終制備出泥狀PTFE混合體。通過(guò)在低碳鋼板上鋪覆-200目的CuSn10合金粉,然后在850~900℃下進(jìn)行燒結(jié),隨后鋪覆PTFE混合物,軋制后在氮?dú)鉅t中進(jìn)行 PTFE表面層的燒結(jié),燒結(jié)溫度為380~390℃,制備出復(fù)合板材后,通過(guò)切斷、卷圓、整形、倒角、拋光、電鍍等系列工藝,最終成型制備出多層復(fù)合軸承。具體工藝如圖2所示。
利用MM-2000環(huán)塊型和MMD-10端面摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行復(fù)合材料的摩擦磨損性能研究,具體的試驗(yàn)原理如圖3所示。摩擦磨損試驗(yàn)條件如下:(1)MM-2000環(huán)塊型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī):試驗(yàn)試樣尺寸為30 mm×7 mm×2 mm,對(duì)偶試樣為45鋼,尺寸φ40 mm×φ16 mm,表面粗糙度為0.2~0.4 μm。試驗(yàn)條件為線速度v=0.42 m/s,載荷 200 N,磨損時(shí)間 120 min,干摩擦,大氣環(huán)境,室溫條件;(2)MMD-10端面型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī):試樣尺寸為40 mm×40mm,對(duì)偶試樣為45鋼,接觸面尺寸φ30 mm×φ22 mm,表面粗糙度為0.2~0.4 μm,試驗(yàn)條件為線速度0.2 m/s,載荷8 MPa,磨損時(shí)間180 min,干摩擦,大氣環(huán)境,室溫條件。
圖4表示出了不同的切削余量對(duì)PTFE多層復(fù)合軸承表面的組織結(jié)構(gòu)??梢钥闯?,當(dāng)切削余量為0.05 mm時(shí),表面層中PTFE潤(rùn)滑相的含量較高,并且銅合金粉相對(duì)較少;隨著切削余量的增加,當(dāng)切削余量為0.10 mm時(shí),表面層中PTFE潤(rùn)滑相的含量大幅度降低,裸露的銅粉較多,這可能會(huì)導(dǎo)致材料的摩擦系數(shù)與耐磨損能力的變化。
圖5表示出了切削余量對(duì)摩擦磨損性能的影響。MM-2000環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著切削余量的增大,PTFE多層復(fù)合材料的摩擦系數(shù)表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì),而磨損率呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢(shì),并且當(dāng)切削余量為0.05 mm時(shí),材料的磨損率最低。這表明,當(dāng)切削余量為0.05 mm時(shí),復(fù)合材料具有最佳的耐磨性。MMD-10端面摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著切削余量的增大,PTFE多層復(fù)合材料的摩擦系數(shù)同樣表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì),而線性磨損量同樣呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢(shì),當(dāng)切削余量為0.05 mm時(shí),材料的磨損最低。綜合分析認(rèn)為此類(lèi)PTFE多層復(fù)合軸承,當(dāng)切削量為0.05 mm時(shí),具有最佳的耐磨損性能。因此為有效地提高軸承的裝配間隙,防止軸承高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生較大的振動(dòng),應(yīng)將軸承內(nèi)表面車(chē)削0.05 mm后裝配應(yīng)用。
(1)隨著切削余量的增大,裸露的銅含量增多,潤(rùn)滑劑組份降低;
(2)隨著切削余量的增大,PTFE多層復(fù)合材料的摩擦系數(shù)表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì),而磨損率呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢(shì),并且當(dāng)切削余量為0.05 mm時(shí),復(fù)合軸承具有最佳的耐磨性;
(3)為有效地提高軸承的裝配間隙,防止軸承高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生較大的振動(dòng),應(yīng)將軸承內(nèi)表面車(chē)削0.05 mm后裝配使用。
[1]趙普,劉近朱,王齊華,等.聚苯酯、聚酰亞胺填充聚四氟乙烯復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能研究[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2003,21(6).
[2]陳剛,焦明華,解挺,等.填充材料對(duì)聚四氟乙烯基復(fù)合材料摩擦學(xué)特性的影響[J].軸承,2007(10).