[發明專利]一種微織構自潤滑陶瓷導軌的制備方法

在審

• 申請號: 201710091779.6
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN107584287A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 劉長霞;孫軍龍;張鳳明
• 申請（專利權）人: 魯東大學
• 主分類號: B23Q1/01
• 分類號: B23Q1/01;B24B7/14;B24B7/22;B23K26/382;B23H9/14;B23H1/00;C04B35/10;C04B35/622;C04B35/64
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技術領域

本發明屬于機床領域，特別涉及一種微織構自潤滑陶瓷導軌的制備方法。

背景技術

機床導軌的作用是支承和引導工作臺、刀架等執行件，并保證它們的運動精度。因此，導軌極為廣泛地應用于金屬切削機床、磨床和數控機床等加工設備。現有導軌通常是鑄鐵－鑄鐵、鑄鐵－淬火鋼、淬火鋼－淬火鋼等幾種金屬導軌配對副。金屬導軌材料的硬度較低，當導軌承擔較大負荷時，加工毛坯的鐵屑、砂粒易造成導軌磨損和拉傷，嚴重的甚至使導軌產生麻點、凹坑等，從而降低機床精度，影響產品質量。塑料導軌工藝性好、成本低、抗低速爬行性能好，但導熱性差、線膨脹系數大，且存在與基體的粘結以及塑料的老化問題。隨著高效自動化數控機床、高精度精密機床和重型機床的發展，機床導軌的類型和種類在不斷地發生變化，隨后出現了靜壓導軌和磁懸浮機床導軌，此類導軌成本費用和維護費用較高，目前僅用于大型高精密數控機床。

與金屬導軌和塑料導軌相比較，陶瓷具有硬度高、化學穩定性好、耐磨損、線膨脹系數和摩擦系數小等一系列優點。在自然界中，陶瓷的硬度僅次于金剛石，具有優良的耐磨損性能，使得陶瓷有希望成為壽命較長而且各項性能優異的機床導軌材料。在陶瓷基體中添加不同的增韌補強相，可以制備出室溫力學性能優良的復合陶瓷導軌材料。

發明內容

針對上述導軌現有技術的不足，本發明提供一種微織構自潤滑陶瓷導軌及其制備方法，從而達到導軌不易磨損、提高機床運行精度的目的。該導軌防爬、耐老化、耐酸堿、熱膨脹系數低、耐磨性能好，有希望成為提高機床加工精度、延長導軌副使用壽命的良好選擇，在超精密測量和加工領域具有獨特優勢，能滿足超精密工作臺對導軌材料的要求。

本發明采用如下的技術方案：

一種微織構自潤滑陶瓷導軌，其特征是它由氧化鋁、透輝石和氧化鐵為原料制備而成，各原料的質量百分比(wt.%)為：氧化鋁89%~99%、透輝石1%~5%、氧化鐵0%~6%。無壓燒結出爐的產品毛坯在數控脆性材料加工中心上采用金剛石砂輪進行粗磨、精磨加工，制備成活動導軌(2)和固定導軌(5)。并在其表面加工存儲固體潤滑劑(1)的微孔(4)，采用電火花加工技術在固定導軌(5)和活動導軌(2)上加工螺紋孔，并通過螺紋連接方式固定在機床本體上。在微孔中加入固體潤滑劑(1)。活動導軌(2)在固定導軌(5)上往復運動時固體潤滑劑(1)拖覆于摩擦副之間，形成連續的固態潤滑層(3)，達到減小摩擦、降低磨損和提高導軌壽命的目的。

制備上述微織構自潤滑陶瓷導軌的工藝步驟為：

(1) 以氧化鋁陶瓷作為基體材料，以透輝石為燒結助劑和增韌補強添加相，以氧化鐵為調色劑；按照氧化鋁89%~99%、透輝石1%~5%、氧化鐵0%~6%的質量百分比稱取原料；

(2) 將稱好的原料混合，加入聚乙烯醇 (PVA) 粘結劑和聚丙稀酸銨分散劑以去離子水為介質強化球磨100~120小時，其中固相含量為50~65% (質量百分數，下同)，粘結劑含量為0.5~1%，分散劑含量為0.5~0.8%。采用壓力式噴霧造粒工藝對球磨后的原料進行處理制得圓球狀的均勻混合粉體；噴霧壓力為0.08~0.1MPa，干燥器入口熱風溫度350~400℃，出口溫度為95~110℃，進料速度為10~14ml/min，噴孔直徑為0.7~1.5mm；

(3) 將造粒后的混合粉體進行真空注漿成型，真空注漿的毛坯脫模后在20~30℃的溫度下進行室溫干燥，干燥后的毛坯在180~200 MPa的油壓下進行冷等靜壓壓實，保壓時間為8~12 min；

(4) 采用梯度升溫方式的無壓燒結工藝，以純氧化鋁粉作為填粉將冷等靜壓后的陶瓷毛坯放入燃氣節能間歇式燒結爐在空氣中埋燒，燒結溫度1450~1580℃，升溫時間為50~70小時，保溫時間為10~15小時，保溫后隨爐冷卻；

(5) 燒結出爐的產品毛坯在數控脆性材料加工中心上采用金剛石砂輪進行粗磨、精磨加工，即可制備高韌性、高強度、低成本的大尺寸氧化鋁陶瓷導軌制品。

(6) 采用飛秒激光加工技術在固定導軌(5)和活動導軌(2)上加工微孔(4)，微孔(4)直徑為50~100μm、深度為30~50μm、間距為50~80μm。

(7) 在陶瓷導軌微孔(4)中填充直徑為0.5~1μm的固體潤滑劑(1)粉末，固體潤滑劑(1)為鉛粉和二硫化鉬(MoS₂)潤滑油脂。

(8) 采用電火花加工技術在固定導軌(5)和活動導軌(2)上加工螺紋孔，并通過螺紋連接方式固定在機床本體上。