專利名稱：具有涂層部分的滾動軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以軸承鋼為材料的滾動軸承，包括內(nèi)座圈，相對于內(nèi)座圈同軸設(shè)置的外座圈及設(shè)置在所述內(nèi)座圈和所述外座圈的環(huán)形空間之間并與它們滾動接觸的一組滾動體。
大量這種軸承的使用均處于惡劣的摩擦條件，這將會導(dǎo)致軸承的磨損。解決這一問題的基本方法是提供合適的潤滑，但對于其在高速，高載荷及高溫范圍中的使用而言，現(xiàn)有的潤滑并不能產(chǎn)生滿意的結(jié)果。
為了解決這種狀況，以前曾試圖在滾動軸承件上設(shè)置硬表面涂層，例如象TiN，TiC，CrN等碳化物和氮化物。雖然氮化物和碳化物具有較高硬度和良好的抗摩擦性能，但摩擦系數(shù)過高，它與高硬度共同會在與軸承上具有這樣涂層部分的滾動或滑動接觸的元件上造成過度磨損。
除非涂層的涂敷溫度高到(大于400℃)使低合金軸承鋼遭受過度軟化與尺寸改變，這種涂層與基體間則不會獲得足夠的粘附性。
因此，這種涂層材料并不能產(chǎn)生滿意的結(jié)果。
以前在滑動軸承中已使用了類金剛石碳(DLC)的涂層。雖然這種材料相對于底層軸承鋼材料的粘附力足以滿足滑動軸承的使用，但由于在滾動軸承上會作用非常大的接觸應(yīng)力且DLC不具有熱穩(wěn)定性，故其具有不良的彈性特性，因而其本身已證明粘附力不足以滿足大多數(shù)這種使用，而且DLC涂層將會脫落。雖然，DLC涂層的有限的彈性性能意味著對其應(yīng)用造成了一定限制，但是，以前也在具有特殊界層的滾動軸承上使用了DLC。
本發(fā)明的目的在于提供以軸承鋼為材料的性能良好的滾動軸承，它包括內(nèi)座圈，相對于內(nèi)座圈同軸設(shè)置的外座圈及設(shè)置在所述內(nèi)座圈和外座圈的環(huán)形空間之間且與它們滾動接觸的一組滾動體，而且其在嚴(yán)酷的工況及潤滑不良的條件下也能延長使用壽命，且能賦予軸承在權(quán)利要求1的特征部分所限定的特性。
本發(fā)明的滾動軸承以軸承鋼為材料，包括內(nèi)座圈，相對于內(nèi)座圈同軸設(shè)置的外座圈及設(shè)置在所述內(nèi)座圈和外座圈的環(huán)形空間之間且與它們滾動接觸的一組滾動體，至少內(nèi)座圈，外座圈及滾動體組中之一設(shè)有表面涂層，該涂層包括外部氮化碳層和介于氮化碳層和涂層部分的鋼表面之間的中間層，所述中間層為六角氮化碳硼-B-N-C。
根據(jù)本發(fā)明，還可設(shè)想或者在配套的軸承元件，如保持架，密封件，導(dǎo)環(huán)等中的最少一個(gè)上設(shè)置相應(yīng)涂層。
采用一種富勒烯類氮化碳，雖然氮化碳本身與軸承鋼之間的粘合力相當(dāng)差，但是氮化碳會提供非常良好的摩擦條件，改善表面硬度和耐磨性。但是，還發(fā)現(xiàn)非常薄的氮化碳硼層，最好是六方氮化碳硼層(10-100nm)對軸承鋼具有非常優(yōu)良的粘合特性。
最后，還發(fā)現(xiàn)通過蒸汽涂敷技術(shù)可將氮化碳硼的優(yōu)良粘附特性與氮化碳的非常良好的摩擦和抗磨損性能結(jié)合起來，且可在一道工序操作中涂敷大約10-100nm的薄氮化碳硼層，并在其上涂敷一大約0.1-5μm的氮化碳層，通過氮化碳硼與氮化碳的接觸面形成一擴(kuò)散，逐步過渡層。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在混合的氮化碳硼和氮化碳層間的這一附聚區(qū)會使氮化碳層具有非常強(qiáng)的牢固性，其甚至能在高溫及潤滑條件不良的情況下承受高速和高載荷，且不會產(chǎn)生剝落或類似現(xiàn)象。
所用的氮化碳中氮含量重量比最好為10-25％，其余為碳。氮化碳的富勒烯類相在溫度為50-600℃的條件下實(shí)現(xiàn)，獲得具有置換氮的彎曲片狀石墨。
附圖中

圖1以橫剖面形式示出滾動軸承1，它包括內(nèi)圈2，外圈3及設(shè)置在軸承內(nèi)外圈之間的兩列球面滾柱4，球面滾柱與軸承內(nèi)外圈滾動接觸。在附圖中還示出了用于分離所述滾柱4的保持架5，及一用于防止兩列滾柱的相對面彼此接觸的導(dǎo)向環(huán)6。
在圖2中，示意性地示出圖1所示的滾動軸承中各元件座圈2，3，滾柱4，保持架5，導(dǎo)環(huán)6和/或(未示出)密封件或側(cè)防護(hù)罩的一部分7的放大斷面。
所述部分7僅為局部視圖，它由普通軸承鋼制成。以蒸鍍技術(shù)在軸承件7的上表面施敷性能良好的六方氮化碳硼(hexagonal boron carbonnitride)粘附層8，在該粘附層上，最好在同一操作步驟中附著氮化碳層9，在附著期間，該氮化碳層9可與氮化碳硼聚結(jié)而形成一擴(kuò)散中間層10，在該處氮化碳硼和氮化碳聚結(jié)從而在氮化碳硼和氮化碳之間形成強(qiáng)粘結(jié)力，其中氮化碳硼相對于鋼具有良好的粘結(jié)作用，氮化碳具有非常優(yōu)良的摩擦性能。
本發(fā)明不應(yīng)限制在附圖中所描述和說明的實(shí)施例且在其權(quán)利要求書的保護(hù)范圍內(nèi)可進(jìn)行改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種軸承鋼材料的滾動軸承(1)，包括內(nèi)座圈(2)，相對于內(nèi)座圈同軸設(shè)置的外座圈(3)及設(shè)置在所述內(nèi)座圈和所述外座圈的環(huán)形空間之間且與它們滾動的一組滾動體(4)，其特征在于至少內(nèi)座圈，外座圈及滾動體組中之一設(shè)有表面涂層，該涂層包括外部氮化碳層(9)和介于氮化碳層和涂層部分的鋼表面(7)之間的中間層(8)，所述中間層為六方氮化碳硼。
2.如權(quán)利要求1所述的滾動軸承，還包括配套的軸承元件，如保持架(5)，密封件，導(dǎo)向環(huán)(6)等，在軸承工作期間，與滾動軸承圈和/或滾動體接觸，其特征在于配套的軸承元件(5，6)中的最少一個(gè)設(shè)有表面涂層，該涂層包括外氮化碳層(9)和介于氮化碳層和涂層部分鋼表面之間的中間層(8)，所述中間層為六方氮化碳硼。
3.如權(quán)利要求1或2所述的滾動軸承，其特征在于氮化碳硼層(8)和氮化碳層(9)之間的界面(10)形成擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，其中不同層的材料彼此擴(kuò)散混合。
4.如前述權(quán)利要求中任一條所述的滾動軸承，其特征在于通過蒸汽涂敷技術(shù)在軸承元件(7)上涂敷氮化碳硼層(8)和氮化碳層(9)。
5.如前述權(quán)利要求中任一條所述的滾動軸承，其特征在于所述硼碳層(8)的厚度為10-100nm，而整個(gè)涂層厚度(8，10，9)為大約0.1-5μm。
6.如前述權(quán)利要求中任一條所述的滾動軸承，其特征在于所述氮化碳中氮含量重量比為10-25％，其余為碳。
全文摘要
一種軸承鋼材料的滾動軸承(1),包括內(nèi)座圈(2),相對于內(nèi)座圈同軸設(shè)置的外座圈(3)及設(shè)置在所述內(nèi)座圈和外座圈的環(huán)形空間之間且與它們滾動接觸的一組滾動體(4),其中內(nèi)座圈,外座圈及滾動體組中的最少一個(gè)設(shè)有表面涂層,該涂層包括外部氮化碳層和介于氮化碳層(9)和涂層部分的鋼表面之間的中間層(8),所述中間層為六方氮化碳硼。
文檔編號C23C16/30GK1254061SQ9912444
公開日2000年5月24日 申請日期1999年11月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月18日
發(fā)明者舍斯特倫·漢斯 申請人:Skf諾瓦股份公司