[發(fā)明專利]功能梯度內(nèi)襯、制備方法及基于該內(nèi)襯的水潤(rùn)滑軸承

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210225891.5
• 申請(qǐng)日: 2022-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN114836021B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭智威;李雪飛;陳佳鎮(zhèn);黃齊韌;薛恩馳;董從林;白秀琴;袁成清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L75/04
• 分類號(hào): C08L75/04;C08K7/00;C08K3/08;F16C33/20
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

本發(fā)明公開了一種功能梯度內(nèi)襯、制備方法及基于該內(nèi)襯的水潤(rùn)滑軸承，將異質(zhì)絲狀填充材料通過固定裝置在模具內(nèi)按照徑向分層布置，并施加預(yù)緊力得到絲狀填充材料；將改性添加劑加入到基體高分子材料中，得到改性基體材料；將改性基體材料添加到布置有徑向分布絲狀填充材料的模具中，并充分混合，通過澆注、熱壓或燒結(jié)使其相結(jié)合，冷卻后得到功能梯度內(nèi)襯，將功能梯度內(nèi)襯裝配在外襯套內(nèi)得到水潤(rùn)滑軸承。利用異質(zhì)絲狀填充材料的力學(xué)性能和優(yōu)越的導(dǎo)熱性能，在保障水潤(rùn)滑軸承材料力學(xué)性能的同時(shí)，防止摩擦副局部溫度急劇上升而造成的磨損破壞。本發(fā)明提升水潤(rùn)滑軸承摩擦學(xué)性能，延長(zhǎng)軸和軸承的使用壽命，提升船舶推進(jìn)系統(tǒng)的可靠性，降低運(yùn)營(yíng)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于軸承材料領(lǐng)域，具體涉及一種功能梯度內(nèi)襯、制備方法及基于該內(nèi)襯的水潤(rùn)滑軸承，用于提升水潤(rùn)滑軸承材料力學(xué)性能、摩擦性能，延長(zhǎng)軸和軸承的使用壽命。

背景技術(shù)

在地球總面積中，海洋約占71％，但海洋資源開發(fā)卻不到1％。因此，提高海洋資源開發(fā)能力，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)世界全球化進(jìn)程，已成為當(dāng)今世界發(fā)展的主旋律。艦船、潛航器、水下機(jī)器人等這些水下機(jī)械設(shè)備作為貿(mào)易交流、資源開發(fā)的載體和工具，已成為機(jī)械行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的熱門領(lǐng)域。

軸承作為各類水下機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣將直接影響相關(guān)機(jī)械設(shè)備的安全性和可靠性，因而成為設(shè)備開發(fā)設(shè)計(jì)工作的重中之重。傳統(tǒng)軸承一般選用金屬材料，并用礦物油進(jìn)行潤(rùn)滑。在消耗大量金屬材料和礦物油的同時(shí)，礦物油不可避免的泄露還會(huì)造成的環(huán)境污染和生態(tài)破壞。隨著國(guó)際社會(huì)環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，以及制造業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的不斷推進(jìn)，傳統(tǒng)油潤(rùn)滑軸承已不再符合時(shí)代發(fā)展的要求。

水潤(rùn)滑軸承以自然環(huán)境中的淡水、海水作為潤(rùn)滑劑，具有綠色無污染、清潔可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，已成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。然而，由于水的黏度較低，承載能力較差，在低速、重載條件下運(yùn)行時(shí)，水潤(rùn)滑軸承無法形成完整穩(wěn)定的潤(rùn)滑膜。此外，目前常用的水潤(rùn)滑軸承多為高分子材料，其力學(xué)性能、導(dǎo)熱性能較差，使得水潤(rùn)滑軸承在運(yùn)行過程中，很容易導(dǎo)致材料摩擦界面局部溫度的急劇上升，進(jìn)而引發(fā)材料的剝離、粘滑等，造成材料摩擦界面的磨損失效。這些缺點(diǎn)不僅影響了水下設(shè)備的可靠性，還嚴(yán)重限制了水潤(rùn)滑軸承的推廣應(yīng)用。

梯度材料又稱功能梯度材料，是一種化學(xué)組成成分、微觀組織等在空間上呈現(xiàn)梯度變化的非均勻相復(fù)合材料。最早被用于減少由于金屬和陶瓷界面高溫造成的熱應(yīng)力，隨著梯度材料的發(fā)展，能夠通過調(diào)節(jié)材料各組成成分或微觀結(jié)構(gòu)的空間分配形式，有效增加材料的力學(xué)性能和功能性，減少應(yīng)力集中，改善界面結(jié)合、抑制裂紋的萌生和擴(kuò)展，進(jìn)而滿足機(jī)械設(shè)備中不同部件多功能化的工作要求。梯度復(fù)合材料所表現(xiàn)出的良好功能性，為水潤(rùn)滑軸承材料的推廣應(yīng)用帶來了啟發(fā)。因此，結(jié)合現(xiàn)有的水潤(rùn)滑軸承材料，根據(jù)梯度材料的設(shè)計(jì)形式，通過調(diào)控基體中構(gòu)建單元的分布、類型和密度，開發(fā)一種可以提高水潤(rùn)滑軸承材料的力學(xué)性能，促進(jìn)摩擦熱的傳導(dǎo)和散失，提升水潤(rùn)滑軸承摩擦性能的功能梯度材料十分重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明創(chuàng)造的目的在于：提供一種功能梯度內(nèi)襯、制備方法及基于該內(nèi)襯的水潤(rùn)滑軸承，提高水潤(rùn)滑軸承材料的力學(xué)性能、摩擦性能，促進(jìn)摩擦熱的傳導(dǎo)和散失，改善水潤(rùn)滑軸承的潤(rùn)滑性能，降低軸承磨損，延長(zhǎng)軸承和軸的壽命。適用于在水環(huán)境中工作的機(jī)械設(shè)備的支撐和動(dòng)力系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種用于苛刻工況環(huán)境下水潤(rùn)滑軸承的功能梯度內(nèi)襯，其特征在于：包括高分子材料內(nèi)襯基體和埋設(shè)于高分子材料內(nèi)襯基體內(nèi)具有導(dǎo)熱功能的異質(zhì)絲狀填充材料，所述異質(zhì)絲狀填充材料徑向設(shè)置分布在內(nèi)襯四周形成功能梯度內(nèi)襯。

所述高分子材料內(nèi)襯基體的材料為市面常規(guī)原料，具體類型不限，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有無毒無污染的性能。

優(yōu)選的，所述高分子材料內(nèi)襯基體的材料為聚氨酯、超高分子量聚乙烯、聚醚醚酮及聚四氟乙烯中任意一種或者幾種。

優(yōu)選的，所述異質(zhì)絲狀填充材料為在摩擦界面具備一定潤(rùn)滑性能的金屬絲材或者碳纖維材料。