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在机械组件的摩擦面上制备保护层的方法

阅读:259发布:2021-08-08

专利汇可以提供在机械组件的摩擦面上制备保护层的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种在机械组件的摩擦面上制备保护层的方法,其中所述层包含具有抗磨损和/或抗微动磨损性能的金属 磷酸 盐 和/或金属 硫酸 盐 ,并且该方法包括使所述组件的摩擦面经历用处于或沿着摩擦面移动的工具实施的机械处理,在所述机械处理期间,提供固体形式的金属磷酸盐和/或金属 硫酸盐 ,并且通过沉积金属磷酸盐和/或金属硫酸盐化合物的方法在所述机械组件的表面形成所述层。,下面是在机械组件的摩擦面上制备保护层的方法专利的具体信息内容。

1.一种在机械组件的摩擦面上制备保护层的方法,其中所述层包含具有抗磨损和/或抗微动磨损性能的金属磷酸盐和/或金属硫酸盐,并且所述方法包括使所述组件的表面经历用处于或沿着摩擦面移动的工具实施的机械处理,在所述机械处理期间,提供固体形式的所述金属磷酸盐和/或金属硫酸盐,并且通过物理沉积所述金属磷酸盐和/或金属硫酸盐的方式在所述机械组件的表面上形成所述层。
2.根据权利要求1的方法,其中所述金属选自、锌、锑、铅、铋和钡。
3.根据权利要求1或2的方法,其中所述金属磷酸盐为磷酸钙。
4.根据权利要求1或2的方法,其中所述的金属磷酸盐和/或金属硫酸盐以粉末或糊剂的形式提供。
5.根据权利要求4的方法,其中所述金属磷酸盐和/或金属硫酸盐以粉末的形式提供。
6.根据权利要求1或2的方法,其中所述机械处理在20~150℃的范围的温度实施。
7.根据权利要求6的方法,其中所述机械处理在40~120℃的范围的温度实施。
8.根据权利要求1或2的方法,其中所述机械处理实施1秒至10分钟的范围的时间段。
9.根据权利要求8的方法,其中所述机械处理实施1秒至2分钟的范围的时间段。
10.根据权利要求1或2的方法,其中所述机械处理在0.01~2GPa的范围的压实施。
11.根据权利要求10的方法,其中所述机械处理在0.01~1GPa的范围的压力实施。
12.根据权利要求1或2的方法,其中所述保护层具有在1纳米至2μm的范围的厚度。
13.根据权利要求12的方法,其中所述保护层具有在1纳米至1μm的范围的厚度。
14.根据权利要求1或2的方法,其中所述机械组件包括轴承组件、变速器组件、转轴或机床。
15.根据权利要求14的方法,其中所述机械组件包括轴承套圈
16.根据权利要求1或2的方法,其中在所述机械处理之前,使所述机械组件经历一个或多个选自研磨和珩磨、硬车削、ECM(电化学加工)、压延、磨光、振动精整和激光处理的精加工技术。
17.根据权利要求1或2的方法,其中所述机械处理借助于珩磨工具实施。
18.根据权利要求17的方法,其中在所述机械处理中,使用浸渍有所述的金属磷酸盐和/或金属硫酸盐的载体或者设有所述的金属磷酸盐和/或金属硫酸盐的层的载体。

说明书全文

在机械组件的摩擦面上制备保护层的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种在机械组件的摩擦面(tribological surface)上制备保护层的方法。该方法特别适用于在滚动元件轴承(rolling element bearing)的摩擦面上制备保护层。

背景技术

[0002] 轴承是一种实现两个组件之间的受约束的相对运动的装置。在许多不同类型的机械装置中可以用轴承来保持和支撑例如车辆上的轮子、车上的叶片洗衣机中的滚筒这样的旋转组件。滚动元件轴承包括内圈外圈以及多个滚动元件(滚珠或滚子)。当轴承转动时,内圈和外圈的座圈(raceway)接触滚动元件。这导致在滚动元件和座圈两者上的磨损路径。出于各种各样的原因,有时会出现轴承没有达到其计算出的额定寿命。滚动疲劳能够例如作为磨损和微动磨损(fretting)的结果发生。
[0003] 因此,最小化磨损和微动磨损的对延长轴承的疲劳寿命来说是重要的。延长轴承的疲劳寿命的方法之一是使用润滑,其以油膜的方式减少了各轴承组件的接触区域中的摩擦和磨损。
[0004] 此外,已知的是通过使用例如硬质涂层来尝试减少磨损。然而,这些硬质涂层往往是本质脆性的陶瓷,并因此易于开裂和破碎,从而会形成碎片。该碎片进而又导致磨损的增加。因此,这些涂层实际上在一些环境下会增加磨损和微动磨损,而不是起减轻磨损和微动磨损的效果。
[0005] 目前,抵抗轴承上的微动磨损和磨损效应的最成功的方法是使用包含一种或多种具有抗磨损和/或抗微动磨损性能的添加剂的润滑油润滑脂、糊剂(paste)以减轻轴承组件之间的摩擦。随着时间的推移,这些添加剂形成了阻止滚动元件和座圈之间的金属对金属的接触(metal-to-metal contact)的层。这些添加剂的缺点是需要化学活性的化合物以提供用于化学反应的特定酸度。化学反应发生在金属基体和活性化合物之间,这会破坏金属基体。该应用的进一步缺点在于以下事实:从开始使用轴承时该层并不存在,而只有当已经达到特定温度时层的形成才发生。
[0006] JP3271378中已经描述了处于动态状态的滑动元件或滚动元件的表面上的保护层的形成。该层通过摩擦化学反应的方式形成,在该反应中使用例如有机硫化合物、有机磷化合物或有机氯化合物的化学活性化合物。使用这些化合物意味着接触表面受到化学侵蚀,这可能导致腐蚀、微动磨损和磨损问题。
[0007] 此外,在WO2009/071674A2中,通过摩擦化学沉积的过程用二硫化钨层覆盖低摩擦的机械元件的弯曲表面,在该过程中具有化钨表面的工具和含有硫的工艺流体之间的化学反应的结果是形成二硫化钨。

发明内容

[0008] 本发明旨在提供对抗轴承组件之间的磨损和微动磨损效应的新方法,并且该方法克服能以上讨论的缺点。具体地,本发明提供用于轴承应用中的机械组件,其中机械组件的摩擦面设有具抗磨损和/或抗微动磨损性能的金属磷酸盐和/或金属硫酸盐的保护层,将该金属磷酸盐和/或金属硫酸盐物理沉积于机械组件的摩擦面。因此,在运行轴承之前保护层已经存在,从而导致改进了轴承的疲劳寿命。此外,该保护层的应用还允许使用不含抗磨损的和抗微动磨损的添加剂,或者其中这样的添加剂的含量经减少的润滑油,,从而使得所述轴承的使用更符合成本效益。
[0009] 相应地,本发明涉及在机械组件的摩擦面上制备保护层的方法,其中该层包含具有抗磨损和/或抗微动磨损性能的金属磷酸盐和/或金属硫酸盐,并且该方法包括使该组件的表面经历用处于或沿着摩擦面移动的工具实施的机械处理,该处理期间以固体形式提供金属磷酸盐和/或金属硫酸盐,并且通过物理沉积金属磷酸盐和/或金属硫酸盐的方式在机械组件的摩擦面上形成所述层。

具体实施方式

[0010] 本发明使用金属磷酸盐和/或金属硫酸盐。优选仅使用金属磷酸盐。优选地,本发明中要使用的金属选自、锌、锑、铅、铋和钡。最优选地,金属磷酸盐包括磷酸钙。
[0011] 本发明中要使用的金属磷酸盐和/或金属硫酸盐为固体形式,例如以粉末形式或者以糊剂形式。当所使用的金属磷酸盐和/或金属硫酸盐为糊剂形式时,能够存在少量的润滑油或润滑脂。合适的是,该润滑油或润滑脂以小于5重量%的含量存在,优选小于2重量%,并且最优选小于1重量%(基于糊剂的总重量)。有关润滑油或润滑脂,可以使用任何公知的润滑油或润滑脂。
[0012] 优选地,以粉末形式提供固体形式的金属磷酸盐和/或金属硫酸盐。合适的是,可将金属磷酸盐和/或金属硫酸盐与固体载体材料例如陶瓷材料一起压制成(block)。优选地,所述块包含至少50重量%的金属磷酸盐和/或金属硫酸盐,更优选包含70~80重量%的金属磷酸盐和/或金属硫酸盐(基于所述块的总重量)。
[0013] 本发明的方法中,在20~150℃的范围的温度、优选在40~120℃的范围的温度进行机械处理。该机械处理能够适当地进行在1秒至10分钟的范围的时间段,优选在1秒至2分钟的范围的时间段。适于在0.01~2GPa的范围的压、优选在0.01~1GPa的范围的压力进行机械处理。
[0014] 根据本发明的方法,待制备的保护层适当地具有在1纳米至2μm、优选1纳米至1μm的范围的厚度。
[0015] 根据本发明,通过物理沉积金属磷酸盐和/或金属硫酸盐的方式在机械组件的摩擦面上形成保护层。因此,本方法是非化学沉积的方法。
[0016] 根据本发明,能够使用各种各样的机械组件。优选地,机械组件包括轴承组件、变速器组件(gear box component)、转轴或机床。更优选地,机械组件包括轴承的内圈或外圈,其中在轴承套圈(bearing ring)的座圈上设置保护层。优选地,根据本发明,在机械处理之前,使该机械组件经历一种或多种选自研磨(grinding)和珩磨(honing)、硬车削、ECM(electro chemical machining,电化学加工)、压延、磨光、振动精整(vibrofinishing)和激光处理的精加工技术(finishing techniques)。
[0017] 用位于或沿着摩擦面的工具实施本发明方法中的机械处理。优选地,借助珩磨类
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