本發(fā)明涉及真空鍍膜技術領域，具體的，涉及提高軸承耐磨性能的方法及軸承。

背景技術：

滑動軸承和滾動軸承已廣泛應用在工程機械和航空航天領域。軸承內(nèi)孔和轉(zhuǎn)軸在充分潤滑狀態(tài)下不易發(fā)生直接接觸，然而在貧油或重載工況下軸承部件間的摩擦磨損會急劇增大，繼而導致軸承壽命快速減小。為提升軸承耐磨壽命，科研人員通過在潤滑油脂中添加耐磨添加劑進行了大量嘗試并得到了不同程度的改善。但是長時間的運行過程當中潤滑油脂會發(fā)生氧化變質(zhì)等問題對潤滑系統(tǒng)造成不利影響。

因而，目前關于增強軸承耐磨性能的研究仍有待深入。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

本發(fā)明是基于發(fā)明人的以下發(fā)現(xiàn)和認識而完成的：

發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)，通過表面涂層自潤滑材料是提升軸承耐磨性能和使用壽命的有效手段。發(fā)明人經(jīng)過深入研究發(fā)現(xiàn)，類金剛石碳涂層具有極高的硬度和化學穩(wěn)定性以及低的摩擦系數(shù)，將其應用于軸承表面可以起到較好的潤滑減磨作用?？墒墙?jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，常規(guī)制備的類金剛石涂層具有高的脆性和殘余應力，不利于其潤滑減摩性能的發(fā)揮。經(jīng)過進一步探索和實驗，在形成類金剛石涂層之前，預先對軸承基體進行滲氮處理，通過對軸承基體表面的離子轟擊作用，軸承基體表面晶格會發(fā)生畸變表層硬度增大，力學和耐腐蝕特性增強，可以有效改善后續(xù)形成的類金剛石涂層的性能和與軸承基體的結合力，有效提高軸承的耐磨性能和使用壽命。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種能夠有效增強軸承耐磨性能和使用壽命的方法。

在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種提高軸承耐磨性能的方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該方法包括：對軸承基體表面進行滲氮處理；在經(jīng)過所述滲氮處理的軸承基體的表面形成類金剛石涂層。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該方法通過對滲氮處理的離子轟擊作用，使得軸承基體表面晶格會發(fā)生畸變表層硬度增大，力學和耐腐蝕特性顯著，類金剛石涂層能夠有效發(fā)揮良好的力學性能和潤滑減摩作用，該方法結合了滲氮和類金剛石涂層的工藝和性能優(yōu)勢，制備獲得了高效耐磨涂層，軸承的耐磨性能和使用壽命得到明顯改善。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，在進行所述滲氮處理之前，預先對所述軸承基體進行預處理，所述預處理包括：將所述軸承基體依次在石油醚和酒精中進行清洗，得到潔凈的軸承基體；將所述潔凈的軸承基體進行等離子清洗。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述等離子清洗是在等離子增強化學氣相沉積設備中進行的，清洗條件為：真空度低于1.0×10^-4pa，氬氣保護并控制在4～10pa，偏壓700～800v，導通比0.3～0.8，清洗30～60分鐘。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，形成所述軸承基體的材料包括軸承鋼和鑄鐵中的至少之一。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述滲氮處理是在等離子增強化學氣相沉積設備中進行的，所述滲氮處理的條件為：脈沖偏壓-900～1000v，導通比0.4～0.8，頻率60～80hz，氮氣6～10pa；滲氮50～100分鐘。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述類金剛石涂層是通過等離子增強化學氣相沉積法形成的。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，形成所述類金剛石涂層的條件為：偏壓-900～1000v，導通比0.4～0.8，通入甲烷10～20pa，沉積100～300分鐘。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述類金剛石涂層滿足以下至少之一的條件：表面粗糙度小于1nm；厚度為1～5μm；微觀硬度為25～30gpa。

在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種軸承。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該軸承是通過前面所述的方法增強耐磨性能后獲得的。該軸承具有優(yōu)異的耐磨性能和較長的使用壽命。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，與所述軸承對磨的材料包括軸承鋼、銅合金、氧化鋁中的至少之一。

附圖說明

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的提高軸承耐磨性能的方法的流程圖。

圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的提高軸承耐磨性能的方法的流程圖。

圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的摩擦系數(shù)對比圖。

圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的磨痕形貌輪廓圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例。下面描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。實施例中未注明具體技術或條件的，按照本領域內(nèi)的文獻所描述的技術或條件或者按照產(chǎn)品說明書進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市購獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種提高軸承耐磨性能的方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，參照圖1，該方法包括以下步驟：

s100：對軸承基體表面進行滲氮處理。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，形成軸承基體的材料沒有特別限制，可以為任何常規(guī)軸承用材料。在本發(fā)明的一些實施例中，形成軸承基體的材料可以包括軸承鋼和鑄鐵中的至少之一。由此，原料來源廣泛，成本較低，且具有良好的力學性能。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，在進行所述滲氮處理之前，可以預先對所述軸承基體進行預處理，參照圖2，所述預處理可以包括以下步驟：

s10：將所述軸承基體依次在石油醚和酒精中進行清洗，得到潔凈的軸承基體。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，利用石油醚和酒精對軸承基體清洗，可以有效去除軸承基體表面的灰塵、油污等雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，清洗的時間和次數(shù)沒有特別限制，只要滿足清洗要求，本領域技術人員可以根據(jù)需要靈活選擇。在本發(fā)明的一些實施例中，可以將在石油醚和酒精中分別清洗20分鐘。

s20：將所述潔凈的軸承基體進行干燥處理。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，為了有效去除殘留在軸承基體表面的殘留液體，可以將經(jīng)過清洗的軸承基體進行干燥處理，具體的，干燥處理的溫度、時間沒有特別限制，可以在干燥箱中進行干燥。由此，設備簡單，操作方便，條件溫和。

s30：將經(jīng)過干燥處理的軸承基體進行等離子清洗。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，為了進一步深度清潔軸承基體，利于后續(xù)處理，可以進一步對經(jīng)過干燥處理的軸承基體進行等離子清洗。根據(jù)本發(fā)明的實施例，進行等離子清洗的具體設備和條件沒有特別限制，只要能夠滿足清洗要求，本領域技術人員可以根據(jù)需要靈活選擇。在本發(fā)明的一些實施例中，等離子清洗是在等離子增強化學氣相沉積設備中進行的，清洗條件為：真空度低于1.0×10^-4pa，氬氣保護并控制在4～10pa，偏壓700～800v，導通比0.3～0.8，清洗30～60分鐘。由此，可以獲得較佳的清洗效果，利于后續(xù)滲氮處理和類金剛石涂層的形成，進而利于提高軸承的耐磨性能。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，進行滲氮處理的具體設備、條件沒有特別限制，只要能夠使得軸承基體表面晶格會發(fā)生畸變表層硬度增大，力學和耐腐蝕特性顯著改善即可。在本發(fā)明的一些實施例中，所述滲氮處理是在等離子增強化學氣相沉積設備中進行的，所述滲氮處理的條件為：脈沖偏壓-900～1000v，導通比0.4～0.8，頻率60～80hz，氮氣6～10pa；滲氮50～100分鐘。在上述設備、條件下進行滲氮處理，可以優(yōu)于其他條件發(fā)揮作用，有效改善軸承基體表面的晶格情況，進而大大改善軸承基體表面的力學、耐腐蝕性能，并且使得軸承基體更易于與類金剛石涂層結合，且獲得的類金剛石涂層具有優(yōu)異的耐磨性能。

s200：在經(jīng)過所述滲氮處理的軸承基體的表面形成類金剛石涂層。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，形成類金剛石涂層的方法和條件沒有特別限制，可以根據(jù)實際需要靈活選擇。在本發(fā)明的一些實施例中，所述類金剛石涂層是通過等離子增強化學氣相沉積法形成的。由此，通過該方法形成的類金剛石涂層具有良好的結合力，且具有理想的耐磨性能和較長的使用壽命。在本發(fā)明的一些實施例中，形成所述類金剛石涂層的條件為：偏壓-900～1000v，導通比0.4～0.8，通入甲烷10～20pa，沉積100～300分鐘。由此，可以在最佳的條件下形成類金剛石涂層，使得軸承具有理想的耐磨性能和較長的使用壽命。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，在上述條件下獲得的類金剛石涂層可以滿足一下至少之一的條件：表面粗糙度小于1nm；厚度為1～5μm；微觀硬度為25～30gpa。由此，能夠發(fā)揮良好的耐磨性能，明顯提高使用壽命。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該方法通過對滲氮處理的離子轟擊作用，使得軸承基體表面晶格會發(fā)生畸變表層硬度增大，力學和耐腐蝕特性顯著，類金剛石涂層能夠有效發(fā)揮良好的力學性能和潤滑減摩作用，該方法結合了滲氮和類金剛石涂層的工藝和性能優(yōu)勢，制備獲得了高效耐磨涂層，軸承的耐磨性能和使用壽命得到明顯改善。

在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種軸承。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該軸承是通過前面所述的方法增強耐磨性能后獲得的。該軸承具有優(yōu)異的耐磨性能和較長的使用壽命，可以有效用于汽車和起重機等工程機械，也可為作動器等航空航天用滑動軸承。與未按照上述方法增強耐磨性能的軸承相比，不論對偶材料是金屬還是非金屬，類金剛石涂層均具有優(yōu)異的潤滑減磨特性，說明該涂層可以滿足多種軸承材料配副的應用需求。此外，在不同載荷下，該涂層保持了良好的摩擦學特性，為其在多工況下尤其是重載工況下工作奠定了基礎。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，與所述軸承對磨的材料包括軸承鋼、銅合金、氧化鋁中的至少之一。由此，可以明顯改善軸承的耐磨性能和使用壽命。

實施例1：在gcr15軸承基體上原位滲氮處理制備類金剛石涂層強化軸承的耐磨特性

(1)軸承基體首先采用石油醚和酒精經(jīng)過前期預清洗處理，并放入干燥箱烘干。

(2)軸承基體放入pecvd設備腔體后，對腔體抽真空達1x10^-4pa以下，進行腔體等離子清洗：清洗條件為：氬氣保護并控制在10pa，偏壓800v，導通比0.6,清洗30分鐘。

(3)軸承基體原位滲氮：采用pecvd設備，提供脈沖偏壓設置為-1000v，導通比0.8，頻率80hz；，氮氣10pa；滲氮100分鐘。

(4)表面類金剛石沉積：采用pecvd設備，偏壓-1000v，導通比0.8，通入甲烷20pa，沉積涂層150分鐘。

經(jīng)過實驗檢測，制備獲得的軸承樣品表面粗糙度在0.7nm，類金剛石涂層厚度在2.3微米，其微觀硬度在28gpa。

性能檢測：工程實踐中用軸承材料主要有軸承鋼和銅合金以及陶瓷材料等，因此選取以上不同材料作為對磨材料，在液壓油潤滑狀態(tài)下，進行摩擦測試，摩擦系數(shù)對比圖見圖3，圖3中，1-軸承鋼球與原位滲氮類金剛石涂層(即按照上述步驟(1)至(4)制備獲得的軸承樣品)對磨，2-軸承鋼球與軸承鋼對磨，3-軸承鋼球與銅合金對磨，5-銅合金球與原位滲氮類金剛石涂層對磨，6-銅合金球與軸承鋼對磨，7-銅合金球與銅合金對磨，9-氧化鋁陶瓷球與原位滲氮類金剛石涂層對磨，10-氧化鋁陶瓷球與軸承鋼對磨，11-氧化鋁陶瓷球與銅合金對磨，摩擦半個小時之后測得磨痕形貌輪廓見圖4，最大磨痕深度對比結果見表1。

表1

由圖3和圖4可知，與軸承鋼對磨過程中，原位滲氮類金剛石涂層摩擦系數(shù)明顯較銅合金低，雖然與軸承鋼的摩擦系數(shù)比較接近，然而原位滲氮類金剛石涂層耐磨特性更為突出，不論對磨材料是銅合金還是陶瓷材料，該涂層均具有最為優(yōu)異的潤滑特性。由圖4可以看出，與軸承鋼球?qū)δブ螅撛粷B氮類金剛石涂層表面幾乎無磨損產(chǎn)生，而銅合金和軸承鋼基體均產(chǎn)生了不同程度的磨痕深度。此外，磨痕深度統(tǒng)計如表1所示，可發(fā)現(xiàn)無論對磨材料和對照的基體材料如何變化，該原位滲氮類金剛石涂層均具有最為優(yōu)異的減磨性能?？傊?，該原位滲氮類金剛石涂層具有優(yōu)異的耐磨穩(wěn)定性，滿足多種機械場合的需求。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。