專利名稱:可鉆孔的滑動(dòng)軸承材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及軸承、塑料軸承材料及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù):
具有塑料基涂層(overlay)的軸承就是通常所說的單層、雙層或三層合成材料。單層軸承材料包括實(shí)心塑料軸承。雙層軸承材料包括具有外部金屬背襯和直接施加或粘結(jié)塑料的軸承。而三層軸承材料包括具有背襯材料、多孔層和形成于所述孔中的塑料基覆蓋層軸承。上述每種軸承均可用于難以使用或者不希望使用外加潤滑劑的場(chǎng)合中。
至于三層軸承材料,許多種不同類型的塑料軸承材料已經(jīng)用于具有多孔金屬層的背襯材料中,例如鋼。所述多孔金屬層可具有燒結(jié)于鋼背襯上的青銅或銅顆粒。所述塑料軸承材料可包括基礎(chǔ)聚合物和填充顆粒。包括作為基礎(chǔ)聚合物的聚四氟乙烯(PTPE)在內(nèi)均是有效的塑料軸承材料。
Glacier Metal公司于1948年開始對(duì)PTPE襯里合成干軸承材料進(jìn)行研究,且該材料于二十世紀(jì)五十年代被授予專利。研制成果材料之一是DUTM。DU是一種結(jié)合了PTPE的干耐磨性和常規(guī)軸承材料機(jī)械性能的軸承材料,其在商業(yè)上獲得了成功。
將塑料軸承材料滲入金屬背襯上的多孔金屬層中的方法包括將糊狀物或干粉末涂覆于所述多孔金屬層上,并且所述糊狀物或干粉末經(jīng)滾壓緊密結(jié)合在孔中。通過混合具有填充材料的PTPE液體懸浮液和有機(jī)潤滑劑(例如易揮發(fā)的有機(jī)復(fù)合物“VOC’s”),并凝固該懸浮液以形成所謂的“糊狀物”,便可生成所述糊狀物或干粉末。一旦所述塑料軸承材料擠壓入多孔層中后,利用感應(yīng)爐對(duì)該背襯材料進(jìn)行加熱,便可去掉該塑料軸承材料剩余的水分和潤滑劑。加熱背襯材料還可以熔化或燒結(jié)與多孔層和/或背襯材料接觸的PTPE顆粒。當(dāng)試圖形成較厚的層時(shí),則會(huì)產(chǎn)生氣泡,而去除剩余水分可以限制由于氣泡而形成于所述多孔層(“涂層”)上的層的厚度。而且,將VOC’s從緊密結(jié)合的塑料軸承材料中蒸發(fā),能夠降低該涂層的整體性和多孔性。太薄的涂層會(huì)導(dǎo)致有限的耐磨性。
已經(jīng)研制出將凝固聚合物懸浮液涂覆到多孔金屬層上的其它方法,例如形成PTPE帶(tape),用于滲入多孔金屬層中。雖然人們將PTPE歸為熱塑性材料,但它不像其他類型熱塑性材料那樣能夠熔化。在其轉(zhuǎn)變溫度,PTPE會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿m合熔化處理的橡膠態(tài)。
在一些方法中,當(dāng)PTPE帶滲入多孔材料層中時(shí),所述背襯材料和多孔層可以被加熱,并且重疊的部分仍處于未燒結(jié)形態(tài)。換句話說,該P(yáng)TPE材料可能不是處于連續(xù)固結(jié)形態(tài),因而用這種材料制造的軸承,潛在地具有較差的耐磨性。
生產(chǎn)燒結(jié)的PTPE帶的一種方法是,壓制并燒結(jié)圓柱形聚合物塊,該聚合物塊可含有或不含有填充物,并且可從該圓柱體的表面切出條帶??蛇x地,如美國專利5665825號(hào)所述,包含基本等量聚苯醚硫化物(“PPS”)和PTPE的熔化擠壓帶可以滲入位于加熱背襯材料上的加熱多孔層內(nèi)。所述熔化擠壓方法進(jìn)行的溫度足以熔化PPS,但又足以避免燒結(jié)PTFE??蛇x地,利用傳送器和壓縮輥系統(tǒng)以生產(chǎn)PTEE基帶薄片的技術(shù)已為大眾所知。這些形式的PTFE帶可能不適于滾壓滲入多孔的金屬燒結(jié)物中,因?yàn)樵谀承┣闆r下,即使在PTFE的轉(zhuǎn)變溫度之上,其仍具有足夠強(qiáng)度,使得滾壓過程可能損壞所述多孔金屬燒結(jié)物。
因此,三層軸承材料需要具有較大的涂層厚度,在提高其耐磨性和耐腐蝕性的同時(shí),保持較低的摩擦,從而以延長(zhǎng)軸承壽命。較厚的涂層也可以允許在包裹軸承套中進(jìn)行隨后的鉆孔操作。而且在塑料軸承材料中,需要避免將VOC’s用于多孔層中,因?yàn)楸苊馐褂肰OC’s可以提高涂層的整體性和多孔性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種軸承,其包括背襯材料,位于所述背襯層上的多孔層,以及滲入該多孔層中的擠壓軸承材料層,其中該軸承材料層是連續(xù)固結(jié)的結(jié)構(gòu),其包括連續(xù)的聚四氟乙烯母基和不連續(xù)添加劑材料顆粒,其中所述軸承材料層具有位于所述多孔層之上的部分。
另一方面,本發(fā)明提供一種塑料軸承材料,其包括擠壓未燒結(jié)帶或條,可用于滲入設(shè)置在背襯材料之上的多孔層中,其中,該擠壓未燒結(jié)帶包括聚四氟乙烯母基和不連續(xù)添加劑顆粒。
另一方面,本發(fā)明提供一種制造方法,包括提供具有聚四氟乙烯母基和不連續(xù)添加物顆粒的擠壓未燒結(jié)帶或條;將所述擠壓未燒結(jié)帶滲入設(shè)置在背襯材料上的多孔層中;以高于該聚四氟乙烯的熔點(diǎn)之上的溫度燒結(jié)該滲入的未燒結(jié)帶,以形成連續(xù)固結(jié)的軸承材料層。
本發(fā)明所述的軸承和制造該軸承方法的優(yōu)點(diǎn)在于,在燒結(jié)所述帶時(shí),由于所述擠壓未燒結(jié)帶所含有的液體潤滑劑量不會(huì)造成氣泡,從而軸承上基本不起泡。對(duì)于常規(guī)凝固懸浮液基材料而言,在表面層厚度大于35微米時(shí)便會(huì)產(chǎn)生氣泡。本發(fā)明的方法也能夠制造具有更高耐磨性的軸承。該方法還可提供一定厚度的涂層,從而可以在覆蓋的軸承套上進(jìn)行隨后的打孔操作。
具體實(shí)施例方式
除非另有說明,為了本說明書的目的,所有表示成分?jǐn)?shù)量、反應(yīng)條件,以及迄今為止在該說明書中所用的數(shù)字,均使用術(shù)語“約”。應(yīng)當(dāng)理解的是,所述數(shù)字在所有的例子中是可以變更的。因此,除非有相反的說明,后述說明中提出的數(shù)字參數(shù)是近似值,其可根據(jù)本發(fā)明力圖達(dá)到的理想性能而變化。至少一點(diǎn),不打算將等同物原則的應(yīng)用限制在權(quán)利要求的范圍,每個(gè)數(shù)字參數(shù)應(yīng)當(dāng)至少根據(jù)告知的明顯的數(shù)的數(shù)字并應(yīng)用一般的技術(shù)進(jìn)行解釋。
盡管用于說明本發(fā)明廣義范圍的數(shù)字范圍和參數(shù)是近似值,但是在具體的實(shí)例中,所提出的數(shù)字值則是盡可能精確。但是,由于在每個(gè)數(shù)值的測(cè)量試驗(yàn)中,會(huì)必然產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)偏差,因而任何數(shù)字值必然固有地包含某些誤差。而且,這里所公開的數(shù)值范圍應(yīng)當(dāng)理解為包含這里所包括的任何和所有的子范圍,以及這些端點(diǎn)之間的每個(gè)數(shù)字。例如,所說的范圍1至10應(yīng)當(dāng)看作包括該最小值1和最大值10之間(非窮舉的)的任何和所有的子范圍;也就是說,包含從最小值1開始的或更大的所有的子范圍,例如,1至6.1,和以最大值10結(jié)束的或更小的所有子范圍,例如5.5到10,以及在端點(diǎn)之內(nèi)開始和結(jié)束的所有的范圍,例如2至9,3至8,3至9,4至7,和最終到包含在該范圍內(nèi)的每個(gè)數(shù)1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。此外,與“包含在其中”相關(guān)的任何對(duì)象應(yīng)當(dāng)理解為被包含在其整體中。
還應(yīng)當(dāng)注意,如該說明書中所用的,除非清楚地、不含糊地限指一個(gè)對(duì)象,否則單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“該”均包括復(fù)指對(duì)象。
首先,本發(fā)明提供一種軸承,其包括背襯材料,位于所述背襯層上的多孔層,以及滲入該多孔層中的擠壓軸承材料層,其中,該軸承材料層為連續(xù)固結(jié)結(jié)構(gòu),包括連續(xù)的聚四氟乙烯母基和不連續(xù)添加物顆粒,其中,所述軸承材料層具有位于該多孔層之上稱之為涂層的部分。在一個(gè)實(shí)施例中,該軸承材料層的表面基本上沒有氣泡。在另一個(gè)實(shí)施例中,該添加物顆粒微觀地和宏觀地均質(zhì)分布于PTFE聚合物母基內(nèi)。
該背襯材料可以包括任何可用材料,以支承該多孔層,并經(jīng)受滲入和燒結(jié)該軸承材料層的處理。在一個(gè)實(shí)施例中,該軸承的背襯材料可以包括金屬條。在另一個(gè)實(shí)施例中,該背襯材料可以包括低碳鋼條。在又一個(gè)實(shí)施例中,該背襯材料可以包括涂覆鎳或銅的金屬條,以增強(qiáng)該多孔層的粘合力。
該多孔材料可以包括任何可用材料,以將軸承材料層嚙合在背襯層上。在一個(gè)實(shí)施例中,該軸承的多孔層可以包括燒結(jié)至金屬背襯材料上的青銅顆粒。在另一個(gè)實(shí)施例中,該多孔層可以包括燒結(jié)至金屬背襯材料上的銅顆粒。
該添加物可以包括任何適于結(jié)合入該擠壓未燒結(jié)帶中的材料,以使得該帶可滲入設(shè)置在該背襯材料之上的多孔層中,并且可經(jīng)受用于固結(jié)該軸承材料層的處理溫度。實(shí)用于滲入設(shè)置在背襯材料之上的多孔層中的帶可以包括不經(jīng)擠壓或貼近所述多孔層便可滲入的帶,或者適于粘結(jié)至多孔層的帶。在所述軸承材料層中可包括任何量的添加劑材料,而只要存在足夠的PTFE以形成連續(xù)固結(jié)層。
在一個(gè)實(shí)施例中,該添加劑可含有非有機(jī)顆粒填充物,例如但不限于包括氟化鈣、氟化鎂、氟化錫的離子氟化物;包括例如氧化鐵、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋅的金屬氧化物;以及諸如氫氧化鋁的金屬氫氧化物。在另一個(gè)實(shí)施例中,該添加劑可以包括由氟化鈣構(gòu)成的無機(jī)顆粒填充物。該無機(jī)顆粒填充物的粒度應(yīng)適于提高耐氣蝕性和耐磨性,同時(shí)具有理想的低摩擦性能。在所述軸承的一個(gè)實(shí)施例中,添加劑材料包括氟化鈣,該氟化鈣顆粒的平均直徑小于或等于10微米。在另一個(gè)實(shí)施例中,該氟化鈣顆粒的平均直徑小于或等于2微米。在又一個(gè)實(shí)施例中,該軸承材料層中的無機(jī)顆粒填充物的含量在體積的10%到30%之間。
在另一個(gè)實(shí)施例中,所述添加劑材料可以包括聚苯醚硫化物顆粒。在一個(gè)實(shí)施例中,所述軸承材料層中聚苯醚硫化物的含量在體積的30%到70%之間。在另一個(gè)實(shí)施例中,聚苯醚硫化物含量為體積的50%。在另一個(gè)實(shí)施例中,聚苯醚硫化物顆粒的平均直徑小于或等于60微米。在另一個(gè)實(shí)施例中,聚苯醚硫化物顆粒的平均直徑小于或等于20微米。
在另一個(gè)實(shí)施例中,該軸承材料層還包括有機(jī)填充材料。例如但不限于四氟乙烯-全氟烷基醚共聚物,四氟乙烯-六氟丙稀共聚物,四氟乙烯-丙稀醚聚合物,四氟乙烯-乙烯共聚物,聚氯三氟乙烯聚合物,聚氯三氟乙烯-乙烯共聚物,六氟異丁烯聚合物,六氟異丁烯-亞乙烯基氟化物共聚物,或六氟丙稀聚合物。諸如上述的可熔化處理的有機(jī)填充材料,均可改變擠壓未燒結(jié)帶和/或軸承材料層中的PTFE的結(jié)晶度。
多孔層(即,涂層)之上的軸承材料層的部分可由各種因素確定。例如,所述涂層厚度的下限可由所述軸承材料的特定用途而加以確定,或在不明顯降低軸承性能或耐磨性的情況下確定所述涂層的最小加工厚度。在一個(gè)實(shí)施例中,所述涂層的厚度至少為25微米。在另一個(gè)實(shí)施例中,所述涂層的厚度至少為50微米。涂層厚度的上限可以由帶厚的上限決定,所述帶厚可滲入設(shè)置在背襯材料之上的多孔層中。該涂層厚度的上限也可以由另一帶厚的上限確定,所述帶厚可在加熱時(shí)去掉任何液體潤滑劑。在一個(gè)實(shí)施例中,所述涂層的厚度小于300微米。在另一個(gè)實(shí)施例中,所述涂層的厚度小于150微米。
另一方面,本發(fā)明提供一種塑料軸承材料,包括擠壓未燒結(jié)帶或條,其可滲入設(shè)置在背襯材料之上的多孔層中,其中,該擠壓未燒結(jié)帶或條包括聚四氟乙烯母基和不連續(xù)添加劑材料顆粒。在一個(gè)實(shí)施例中,該添加劑顆??晌⒂^地和宏觀地均質(zhì)分布在該聚四氟乙烯母基內(nèi)。該塑料軸承材料具有的厚度可制造在多孔層表面之上具有軸承材料層的部分的軸承。在一個(gè)實(shí)施例中,該塑料軸承材料具有約600微米的厚度。
該擠壓未燒結(jié)帶可以用美國專利5,697,390號(hào)所描述的方法生產(chǎn)(在此作為交叉參考),其中PTFE顆粒和添加劑顆粒用空氣撞擊粉磨機(jī)混合,然后擠壓而形成帶。
所述添加劑材料可以包括任何可與該擠壓未燒結(jié)帶相結(jié)合的材料,從而使得該帶可滲入設(shè)置在背襯材料上的多孔層中。只要PTFE含量適于形成連續(xù)固結(jié)的PTFE母基,則所述塑料軸承材料可含有任何量的添加劑材料。
在一個(gè)實(shí)施例中,該添加材料可包括無機(jī)顆粒填充物,例如但不限于,包括氟化鈣、氟化鎂、氟化錫的離子氟化物;包括例如氧化鐵、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋅的金屬氧化物;以及諸如氫氧化鋁的金屬氫氧化物。在另一個(gè)實(shí)施例中,該添加劑材料可以包括由氟化鈣構(gòu)成的無機(jī)顆粒填充物。在確定該無機(jī)顆粒填充物的粒度時(shí),應(yīng)使其具有更好的耐氣蝕性和耐磨性,同時(shí)具有理想的低摩擦性。在一個(gè)實(shí)施例中,其中該擠壓未燒結(jié)帶含有氟化鈣,該氟化鈣顆粒的平均直徑小于或等于10微米。在另一個(gè)實(shí)施例中,該氟化鈣顆粒的平均直徑小于或等于2微米。在另一個(gè)實(shí)施例中,該擠壓未燒結(jié)帶中的無機(jī)顆粒填充物含量在體積的10%到30%之間。
在另一個(gè)實(shí)施例中,所述添加劑材料可以含有聚苯醚硫化物聚合物材料。在一個(gè)實(shí)施例中,在擠壓未燒結(jié)帶中聚苯醚硫化物的含量在體積的30%到70%之間。在另一個(gè)實(shí)施例中,聚苯醚硫化物的含量為體積的50%。在另一個(gè)實(shí)施例中,聚苯醚硫化物顆粒的平均直徑小于或等于60微米。在另一個(gè)實(shí)施例中,聚苯醚硫化物顆粒的平均直徑小于或等于20微米。
在另一個(gè)實(shí)施例中,該擠壓未燒結(jié)帶還包括有機(jī)填充材料。例如但不限于四氟乙烯-全氟烷基醚共聚物,四氟乙烯-六氟丙稀共聚物,四氟乙烯-丙稀醚聚合物,四氟乙烯-乙烯共聚物,聚氯三氟乙烯聚合物,聚氯三氟乙烯-乙烯共聚物,六氟異丁烯聚合物,六氟異丁烯-亞乙烯基氟化物共聚物,和六氟丙稀聚合物。
另一方面,本發(fā)明提供一種制造方法,包括提供擠壓未燒結(jié)帶或條,其具有聚四氟乙烯母基和不連續(xù)添加劑材料顆粒;將所述擠壓未燒結(jié)帶滲入設(shè)置在背襯材料上的多孔層中;以高于該聚四氟乙烯的熔點(diǎn)的溫度燒結(jié)該滲入的未燒結(jié)帶,以形成連續(xù)固結(jié)的軸承材料層。
該擠壓未燒結(jié)帶可以用美國專利5,697,390號(hào)所描述的方法生產(chǎn)(在此作為交叉參考),其中PTFE顆粒和添加劑顆粒用空氣撞擊粉磨機(jī)混合,然后擠壓而形成帶。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他方法可以用于在擠壓成形該混合物以形成擠壓未燒結(jié)帶之前混合PTFE顆粒和添加劑顆粒。用于提供擠壓未燒結(jié)帶所用的該P(yáng)TFE顆粒的粒度可以是任何尺寸,只要該P(yáng)TFE顆粒在使用于軸承材料層中時(shí)可形成連續(xù)固結(jié)的聚合物母基。在一個(gè)實(shí)施例中,該P(yáng)TFE顆粒的尺寸在500和600微米之間。在另一個(gè)實(shí)施例中,該添加物顆粒微觀地和宏觀地均質(zhì)分布在該聚四氟乙烯母基內(nèi)。
該添加劑材料可為任何材料,只要其適于與所述擠壓未燒結(jié)帶相結(jié)合,從而使該帶適于滲入設(shè)置在背襯材料上的多孔層中。在該擠壓未燒結(jié)帶中可以含有任何量的該添加劑材料,只要足以使PTFE形成連續(xù)固結(jié)的PTFE母基。
在一個(gè)實(shí)施例中,該添加劑材料可以包括無機(jī)顆粒填充物,例如但不限于,包括氟化鈣、氟化鎂、氟化錫的離子氟化物;包括例如氧化鐵、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋅的金屬氧化物;以及諸如氫氧化鋁的金屬氫氧化物。在另一個(gè)實(shí)施例中,該添加劑材料可以包括由氟化鈣構(gòu)成的無機(jī)顆粒填充物。該無機(jī)顆粒填充物材料的尺寸應(yīng)適于提高耐氣蝕性和耐磨性,同時(shí)具有理想的低摩擦性。在一個(gè)實(shí)施例中,其中擠壓未燒結(jié)帶中含有氟化鈣,該氟化鈣顆粒的平均直徑小于或等于10微米。在另一個(gè)實(shí)施例中,該氟化鈣顆粒的平均直徑小于或等于2微米。在另一個(gè)實(shí)施例中,在該擠壓未燒結(jié)帶中的無機(jī)顆粒填充物含量在體積的10%到30%之間。
在另一個(gè)實(shí)施例中,所述添加劑材料可以含有聚苯醚硫化物。在一個(gè)實(shí)施例中,在該擠壓未燒結(jié)帶中的聚苯醚硫化物的含量在體積的30%到70%之間。在另一個(gè)實(shí)施例中,聚苯醚硫化物的含量為體積的50%。在另一個(gè)實(shí)施例中,該聚苯醚硫化物顆粒的平均直徑小于或等于60微米。在另一個(gè)實(shí)施例中,該聚苯醚硫化物顆粒的平均直徑為約20微米。
在另一個(gè)實(shí)施例中,該擠壓未燒結(jié)帶還含有有機(jī)填充材料。例如但不限于四氟乙烯-全氟烷基醚共聚物,四氟乙烯-六氟丙稀共聚物,四氟乙烯-丙稀醚聚合物,四氟乙烯-乙烯共聚物,聚氯三氟乙烯聚合物,聚氯三氟乙烯-乙烯共聚物,六氟異丁烯聚合物,六氟異丁烯-亞乙烯基氟化物共聚物,和六氟丙稀聚合物。
如美國專利5,697,390號(hào)所描述的,在形成所述擠壓未燒結(jié)帶時(shí),需混合和/或擠壓顆?;旌衔?,此時(shí)可使用液體潤滑劑。該潤滑劑的作用是確??蓴D壓未燒結(jié)帶??梢允褂帽绢I(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何液體潤滑劑,只要該潤滑劑能夠從該擠壓未燒結(jié)帶上去掉,同時(shí)可使該帶滲入多孔層中。
在進(jìn)行該擠壓過程時(shí),其所在環(huán)境和溫度不會(huì)熔化該顆?;旌衔镏械娜魏尉酆衔锊牧稀T谝粋€(gè)實(shí)施例中,PTFE顆粒和添加劑顆粒的混合物在不熔化該顆?;旌衔镏械娜魏尉酆衔锊牧系臈l件下被柱塞式擠壓成形。得到的帶是柔軟和可彎曲的,并可在不加熱和/或過大壓力下滲入多孔層中。在一個(gè)實(shí)施例中,在擠壓未燒結(jié)的帶中的不連續(xù)添加劑材料顆??删|(zhì)分布在整個(gè)帶中,并保持連續(xù)的PTFE母基。
在滲入該擠壓未燒結(jié)帶之前,可以干燥該帶,特別是,如果PTFE顆粒和添加劑材料顆粒的混合物中含有液體潤滑劑。擠壓未燒結(jié)的帶的干燥條件和溫度不應(yīng)燒結(jié)或熔化該帶中的任何聚合物,例如聚四氟乙烯或聚苯醚硫化物顆粒。干燥的步驟可足以去掉液體潤滑劑,以防止在后續(xù)處理中起泡。在一個(gè)實(shí)施例中,該擠壓未燒結(jié)的帶中基本沒有液體潤滑劑。該擠壓未燒結(jié)帶可以用美國專利5,697,390所描述的方法進(jìn)行干燥。
該擠壓未燒結(jié)帶可用例如軋而機(jī)滲入多孔層中。該滲入步驟在不燒結(jié)或不熔化該帶中的任何聚合物材料的條件和溫度下進(jìn)行。
該帶滲入其中的多孔層可以是青銅顆粒,所述青銅顆粒燒結(jié)至本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的金屬背襯上,例如鋼。以這種方式,利用諸如現(xiàn)有技術(shù)的方法而生產(chǎn)圓柱形或半圓柱形軸承,從而可由此形成軸承。
將該擠壓的未燒結(jié)帶滲入多孔層以形成軸承材料之后,燒結(jié)該軸承材料層,以制造具有連續(xù)固結(jié)軸承材料層的三層復(fù)合材料,在一個(gè)實(shí)施例中,該軸承材料層中的所有的PTFE均被燒結(jié)。
如此所述,燒結(jié)或固結(jié)帶或軸承材料層,是指將PTFE加熱到其熔點(diǎn)或更高溫度。當(dāng)將PTFE加熱到其熔點(diǎn)以上時(shí),即在350和425℃之間,該P(yáng)TFE便被固結(jié)或致密。在加熱到其熔點(diǎn)之前,PTFE相對(duì)較軟,并且在施加以最小的施加力且無需加熱的情況下,便可制成諸如多孔層的結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)實(shí)施例中,該制造方法能夠制造三層材料或復(fù)合物,其中該軸承材料層基本上不產(chǎn)生氣泡。在另一個(gè)實(shí)施例中,該制造方法能夠制造三層材料,其具有在該多孔層表面之上的軸承材料層的部分。該多孔層(即涂層)表面之上的軸承材料層的部分的厚度至少為25微米。在另一個(gè)實(shí)施例中,該涂層的厚度至少為50微米。在另一個(gè)實(shí)施例中,該涂層的厚度小于300微米。在另一個(gè)實(shí)施例中,該涂層的厚度小于150微米。為了精確地制造具有一致的涂層厚度的三層材料,所形成的三層材料可用軋制而確定最終尺寸。本發(fā)明方法的每個(gè)步驟可以作為連續(xù)過程的一部分來進(jìn)行。
本發(fā)明的軸承和制造所述軸承的方法的優(yōu)點(diǎn)在于,由于該擠壓未燒結(jié)帶所含有液體潤滑劑的量較少,在燒結(jié)或固結(jié)該帶時(shí),不會(huì)導(dǎo)致起泡,因此軸承基本上沒有氣泡。在各種現(xiàn)有技術(shù)的方法中,諸如水和/或VOC’s的液體潤滑劑在滲入之后便被去掉,這便增大了孔隙并形成氣泡。而且,在要獲得大于35微米的表面層時(shí),基于現(xiàn)有材料的凝固懸浮液基的材料可能會(huì)起泡。本發(fā)明的方法還可以生產(chǎn)可鉆削軸承,并可經(jīng)機(jī)械加工而獲得精確的尺寸。
對(duì)按本文所述制造方法而制備的材料進(jìn)行測(cè)試后,結(jié)果表明,能夠獲得較厚的涂層,并可在覆蓋的軸承套上進(jìn)行后續(xù)鉆削操做。而且,該材料和處理方法可提高干耐磨性和耐腐蝕性,同時(shí)保具有可接受的摩擦水平。
實(shí)例實(shí)例1由體積約80%的PTFE和體積約20%的CaF2組成的粒狀粉末混合物加到擠壓式擠壓機(jī)中。該P(yáng)TFE的粒度為500和600微米之間。該氟化鈣顆粒的平均直徑約2微米。該粒狀粉末混合物還包括液體潤滑劑。該粒狀粉末混合物用常規(guī)混合方法混合。
該粒狀粉末混合物通過擠壓式擠壓機(jī)的模子而生成燒結(jié)帶。該帶的厚度為約300微米。隨著擠壓,該帶在擠壓和壓延過程中而干燥。
在低于PTFE熔點(diǎn)的溫度下,所述帶滲入設(shè)置于鋼背襯材料上的多孔的青銅金屬層中,以形成軸承材料層。將所述帶和背襯材料穿過軋機(jī),并使軸承材料層滲入至多孔層的孔隙中,從而使擠壓未燒結(jié)帶滲入。該滲透步驟還使該軸承材料層部分留在該青銅多孔層的表面上。
該滲入的擠壓未燒結(jié)帶然后在400℃的溫度下通過連續(xù)燒結(jié)爐,并在該溫度下駐留約30秒。該駐留時(shí)間可用于燒結(jié)該滲入擠壓帶,以形成連續(xù)固結(jié)的軸承材料層,該復(fù)合物條然后通過第二軋機(jī),對(duì)該條進(jìn)行軋制,以獲得精確厚度。該最終復(fù)合物材料具有約65微米的厚度。
實(shí)例2制備含有包括體積約50%PTFE和體積約50%PPS的擠壓未燒結(jié)帶,制備過程除下文所述外均與前文所述相同。該P(yáng)TFE和PPS利用空氣撞擊粉末機(jī)混合,且爐溫約365℃。最終復(fù)合物材料具有約65微米的涂層厚度。
根據(jù)實(shí)例2而得的復(fù)合物材料條形成在軸承襯套中,并且用類似于“Materials for Plain BearingsReview 174”Int.Mellalurgical Rev.的18卷,(1973)的相關(guān)正文和圖2中描述的設(shè)備進(jìn)行干耐磨試驗(yàn)。同時(shí)對(duì)市場(chǎng)上可買到的軸承材料DUTM(PTFE和Pb糊狀物)和DP4TM(PTFE和PPS熔化的擠壓成形帶,見美國專利第5911514號(hào))液進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見表1。
干滑動(dòng)試驗(yàn)條件載荷115psi;軸速175ft/min;20,000psi-fpm;0.7Mpa-m/s。
表1 干耐磨試驗(yàn)結(jié)果
因此,從該結(jié)果可以看到,與現(xiàn)有技術(shù)的材料相比,本發(fā)明的材料和方法在材料的干耐磨性能方面有明顯提高。
總之,本文已對(duì)采用本發(fā)明的構(gòu)思而帶來的各種好處進(jìn)行了詳述。前面描述的本發(fā)明實(shí)施例是為了說明和描述的目的。不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是排他的或?qū)⒈景l(fā)明限制在所公開的精確形式。在上述技術(shù)的啟發(fā)下,可進(jìn)行明顯的修改和變化。對(duì)所述實(shí)施例進(jìn)行選擇和描述是為了最好地說明本發(fā)明的原理和它的實(shí)際應(yīng)用,從而使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠最好地應(yīng)用本發(fā)明各種實(shí)施例,和適合于具體應(yīng)用的各種修改。后附權(quán)利要求在于對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種軸承,包括背襯材料;位于所述背襯層上的多孔層,以及滲入該多孔層中的擠壓軸承材料層,其中所述軸承材料層是連續(xù)固結(jié)結(jié)構(gòu),包括連續(xù)的聚四氟乙烯母基和不連續(xù)添加劑材料顆粒,其中所述軸承材料層具有在位于該多孔層之上的部分。
2.如權(quán)利要求1的軸承,其中該軸承材料層基本上沒有氣泡。
3.如權(quán)利要求1的軸承,其中該添加劑顆粒微觀地和宏觀地均質(zhì)分布在該聚四氟乙烯母基內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1的軸承,其中所述背襯材料是金屬條。
5.如權(quán)利要求4的軸承,其中該多孔層包括燒結(jié)于該金屬背襯的青銅顆粒。
6.如權(quán)利要求1的軸承,其中該添加劑材料包括無機(jī)顆粒填充物。
7.如權(quán)利要求6的軸承,其中該軸承材料層含有10%到30%體積的無機(jī)填充材料。
8.如權(quán)利要求6的軸承,其中該無機(jī)填充材料包括氟化鈣。
9.如權(quán)利要求1的軸承,其中該軸承材料層還包括有機(jī)填充材料。
10.如權(quán)利要求1的軸承,其中該添加劑材料包括聚苯醚硫化物。
11.如權(quán)利要求10的軸承,其中該軸承材料層含有30%到70%體積的聚苯醚硫化物。
12.如權(quán)利要求1的軸承,其中位于該多孔層表面之上的該軸承材料層的部分大于25微米。
13.如權(quán)利要求1的軸承,其中位于該多孔層表面之上的該軸承材料層的部分大于小于300微米。
14.一種塑料軸承材料,包括擠壓未燒結(jié)帶或條,該帶和條可滲入設(shè)置在背襯材料上的多孔層中,其中,該擠壓未燒結(jié)帶包括聚四氟乙烯母基和不連續(xù)添加劑顆粒。
15.如權(quán)利要求14的塑料軸承材料,其中該添加劑顆粒微觀地和宏觀地均質(zhì)分布在該聚四氟乙烯母基內(nèi)。
16.如權(quán)利要求14的塑料軸承材料,其中該添加劑顆粒包括無機(jī)顆粒填充物。
17.如權(quán)利要求15的塑料軸承材料,其含有10%到30%體積的無機(jī)顆粒填充物。
18.如權(quán)利要求17的塑料軸承材料,其中該無機(jī)顆粒填充物包括氟化鈣。
19.如權(quán)利要求14的塑料軸承材料,還包括有機(jī)填充材料。
20.如權(quán)利要求14的塑料軸承材料,其中該添加劑材料包括聚苯醚硫化物。
21.如權(quán)利要求20的塑料軸承材料,其含有30%到70%體積的聚苯醚硫化物。
22.一種制造方法,包括提供包括聚四氟乙烯母基和不連續(xù)添加劑顆粒的擠壓未燒結(jié)帶或條;將所述擠壓未燒結(jié)帶滲入設(shè)置在背襯材料上的多孔層中;以高于該聚四氟乙烯熔點(diǎn)之上的溫度燒結(jié)該滲入的未燒結(jié)帶,以形成連續(xù)的固結(jié)軸承材料層。
23.如權(quán)利要求22所述的方法,其中該添加劑顆粒微觀地和宏觀地均質(zhì)分布在該聚四氟乙烯母基內(nèi)。
24.如權(quán)利要求22所述的方法,其中所述背襯材料是金屬條。
25.如權(quán)利要求23所述的方法,其中該多孔層包括燒結(jié)于該金屬背襯的青銅顆粒。
26.如權(quán)利要求22所述的方法,其中該添加劑材料包括無機(jī)顆粒填充物。
27.如權(quán)利要求26所述的方法,其中該擠壓未燒結(jié)帶含有10%到30%體積的無機(jī)填充材料。
28.如權(quán)利要求22所述的方法,其中該擠壓未燒結(jié)帶還包括聚合物材料。
29.如權(quán)利要求22所述的方法,其中該擠壓未燒結(jié)帶包括聚苯醚硫化物。
30.如權(quán)利要求29所述的方法,其中該擠壓未燒結(jié)帶含有30%到70%體積的聚苯醚硫化物。
31.如權(quán)利要求22所述的方法,其中該擠壓未燒結(jié)帶經(jīng)過柱塞式擠壓。
32.如權(quán)利要求22所述的方法,其中該擠壓未燒結(jié)帶以低于聚四氟乙烯的熔點(diǎn)的溫度滲入。
33.如權(quán)利要求22所述的方法,還包括在將該未燒結(jié)的帶滲入該多孔層中之前干燥該擠壓未燒結(jié)帶的步驟,該干燥步驟在足以從該未燒結(jié)的帶中去掉液體潤滑劑的溫度下進(jìn)行。
34.如權(quán)利要求22所述的方法,其中這些步驟是連續(xù)的過程。
35.如權(quán)利要求22所述的方法,其中該軸承材料的一部分位于該多孔層的表面之上。
36.如權(quán)利要求22所述的方法,其中該軸承材料層的表面基本上沒有氣泡。
37.如權(quán)利要求36所述的方法,其中在該多孔層的表面之上的軸承材料的部分大于25微米。
38.如權(quán)利要求36所述的方法,其中在該多孔層的表面之上的軸承材料的部分小于300微米。
39.制造軸承的方法包括權(quán)利要求22所述的方法。
40.一種通過包括權(quán)利要求22的方法而制造的軸承。
全文摘要
本發(fā)明公開了軸承、塑料軸承材料及其生產(chǎn)方法。該軸承包括滲入多孔層中的連續(xù)固結(jié)軸承材料層,該多孔層又安裝在背襯材料上。
文檔編號(hào)B22F7/04GK1756911SQ200480005980
公開日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2004年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月3日
發(fā)明者邁克爾·基姆, 德里克·S·馬爾塞拉, 珍特·約翰斯通 申請(qǐng)人:格萊西爾加洛克軸承公司