一种超高速电机轴承表面处理方法技术

本发明专利技术公开了一种超高速电机轴承表面处理方法，包括以下步骤：1)表面喷砂处理：对轴承进行干喷表面处理，处理后表面粗糙度Ra不大于0.5；2)高温下气体刻蚀：利用真空腔室对轴承进行进一步表面处理，真空腔室内温度为0‑650℃；3)喷涂聚合物纳米颗粒涂层：对轴承基体表面喷涂纳米复合涂层；4)抛光处理；5)离子束沉积超硬超韧涂层：利用低能磁过滤沉积技术对轴承基体进行表面沉积，以TiSi靶为阴极材料，起弧电流为100‑140A，沉积时通入乙炔和氮气，乙炔和氮气的比值大于4：1。本发明专利技术通过采用耦合气体离子源技术、离子注入技术、磁过滤沉积技术以及热喷涂技术对轴承进行表面处理，以提高超高速电机的起停次数等关键技术指标。

A method of bearing surface treatment for super high speed motor

【技术实现步骤摘要】
一种超高速电机轴承表面处理方法
本专利技术涉及电机轴承加工
，更具体的说是涉及一种超高速电机轴承表面处理方法。
技术介绍
超高速电机轴承主要为空气轴承(FAB)，它在正常运转过程中以周围空气作为润滑剂，与静压气体轴承相比，不需要额外的供气系统，使系统得以简化；与传统油润滑系统相比，去除了油润滑系统，机器重量大幅度减小，还有降低摩擦功耗、对工作介质和环境无污染等优点，同时打破了工作温度和速度的限制，从而性能得以大幅度地提高。我国在超高速无油空气压缩机领域无自主知识产权和批量化产品，技术水平与国外差距较大。其中，作为气体动压轴承的设计以及抗磨减磨关键技术，是我国高端装备制造业亟需攻克的“卡脖子”技术。因此，如何提供一种超高速电机轴承表面处理方法，解决现有技术存在的缺陷，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对超高速轴承中的抗磨减磨技术，提出了一种超高速电机轴承的表面处理方法；通过采用耦合气体离子源技术、离子注入技术、磁过滤沉积技术以及热喷涂技术对轴承进行表面处理，以提高超高速电机的起停次数等关键技术指标。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种超高速电机轴承表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)表面喷砂处理对轴承进行干喷表面处理，处理后表面粗糙度Ra不大于0.5；喷砂处理作用为在表面形成压应力以及提高表面比表面积；2)高温下气体刻蚀利用真空腔室对轴承进行进一步表面处理，真空腔室内温度为0-650℃；在处理过程中轴承最高温度可达800℃；高温气体刻蚀的作用为轴承进行退火提高韧性，同时去除表面氧化物，提高后续结合强度；3)喷涂聚合物纳米颗粒涂层对轴承基体表面喷涂纳米复合涂层；喷涂的纳米复合涂层中包括MoS2纳米颗粒(10-40％)、石墨纳米颗粒(20-50％)、粘结剂(1-10％)、TiO2纳米颗粒(0-5％)、Ag纳米颗粒(0-15％)、金刚石纳米颗粒(0-20％)；其中MoS2纳米颗粒、石墨纳米颗粒作用为润滑作用，TiO2纳米颗粒起到纳米复合涂层的填充作用，Ag纳米颗粒为高温润滑，金刚石涂层为硬度支撑作用。该类涂层在低温、高温下均具备润滑效果；能够随着温度的变化自我调节润滑颗粒；4)抛光处理步骤3)喷涂处理后膜层偏厚或均匀性偏差时需要对表面进行抛光处理；5)离子束沉积超硬超韧涂层利用低能磁过滤沉积技术对轴承基体进行表面沉积，以TiSi靶为阴极材料，起弧电流为100-140A，沉积时通入乙炔和氮气，乙炔和氮气的比值大于4：1。优选的，所述步骤1)中干喷表面处理采用600-1000目氧化铝。优选的，所述步骤2)中气体刻蚀为考夫曼离子源，离子能量为1-5keV，束流强度1-200mA。优选的，所述步骤5)中真空度为1×10-2-1×10-1A，束流强度为0.1-1.5A；沉积膜层厚度0.1-5μm；膜层硬度1500-3000HV；硬度和弹性模量的比值H3/E2>0.15。优选的，所述步骤5)中的超硬超韧涂层为氮碳硅钛和无定形碳复合涂层(TiSiNC+a：C)。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：1、本专利技术公开的一种超高速电机轴承的处理方法，通过对轴承进行表面喷砂以及高温气体刻蚀处理，去除表面氧化物，以及在微观层面提高表面的粗糙度，这样的基底层乃至后续热喷涂的纳米颗粒复合膜层的结合力都非常好，从而使其抗剥离强度得以增强；2、相比于传统的在空气箔片上热喷涂聚合物纳米复合涂层，本专利技术在轴承上采用聚合物纳米涂层和超韧超硬涂层的方式，能大幅提超高速电机的起停次数，可在高低温域0-650℃进行使用,起停次数在2万次以上；3、相比于传统的单一磁控、多弧等技术在轴承上沉积膜层，本专利技术耦合了聚合物及纳米颗粒的复合结构能够大幅降低整体涂层的内应力，在离子束技术提高涂层整体硬度的同时能够保持其韧性。4、相比于传统的热喷涂涂层，本专利技术喷涂的纳米复合涂层中包括MoS2纳米颗粒、石墨纳米颗粒、粘结剂、TiO2纳米颗粒、Ag纳米颗粒、金刚石纳米颗粒；其中MoS2纳米颗粒、石墨纳米颗粒作用为润滑作用，TiO2纳米颗粒起到纳米复合涂层的填充作用，Ag纳米颗粒为高温润滑，金刚石涂层为硬度支撑作用。该类涂层在低温、高温下均具备润滑效果；能够随着温度的变化自我调节润滑颗粒。5、本专利技术中采用喷涂工艺与离子束沉积相结合，即韧性涂层与超硬涂层结合可大幅提高轴承的耐磨特性，提高其起停次数；同时，离子束制备的超韧涂层：利用TiSi靶进行TiSiNC+a：C膜层体系沉积，沉积时通入氮气和乙炔，氮气和乙炔比值不大于1：4，通过磁场强度和负压的调控能制备膜层致密性高、韧性好的涂层。6、相比于多弧等沉积技术，离子束沉积时靶原子的离化率为100％，膜层致密性好，同时成相结构精确可控，同时离子能量、方向精确可控更容易实现超韧膜层的沉积。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1附图为本专利技术的工艺流程图；图2附图为本专利技术实施例3制备的膜层光学图；图3附图为本专利技术实施例3热喷涂膜层摩擦系数；图4为实施例3步骤3)制备的涂层截面和表面SEM图；图5为实施例3处理的超高速电机轴承表面的XRD图谱；图6为实施例3处理的超高速电机轴承表面的XRS图；图7为实施例3处理的超高速电机轴承表面的洛氏压坑判定膜层韧性；图8为实施例3处理的超高速电机轴承表面在500度和常温下的摩擦系数测试图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种超高速电机轴承表面处理方法，包括以下步骤：1)表面喷砂处理采用600目氧化铝对轴承进行干喷表面处理，处理后表面粗糙度Ra为0.4；2)高温下气体刻蚀在真空腔室对轴承进行进一步表面处理，真空腔室内温度为10℃；气体刻蚀为考夫曼离子源，离子能量为1keV，束流强度200mA；3)喷涂聚合物纳米颗粒涂层对轴承基体表面喷涂纳米复合涂层；喷涂的纳米复合涂层中包括MoS2纳米颗粒10％、石墨纳米颗粒50％、粘结剂10％、TiO2纳米颗粒5％、Ag纳米颗粒15％、金刚石纳米颗粒10％；4)抛光处理步骤3)喷涂处理后膜层偏厚或均匀性偏差时需要对表面进行抛光处理；5)离子束沉积超硬超韧涂层(氮碳硅钛本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高速电机轴承表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)表面喷砂处理/n对轴承进行干喷表面处理，处理后表面粗糙度Ra不大于0.5；/n2)高温下气体刻蚀/n利用真空腔室对轴承进行进一步表面处理，真空腔室内温度为0-650℃；/n3)喷涂聚合物纳米颗粒涂层/n对轴承基体表面喷涂纳米复合涂层；/n4)抛光处理/n步骤3)喷涂处理后膜层偏厚或均匀性偏差时需要对表面进行抛光处理；/n5)离子束沉积超硬超韧涂层/n利用低能磁过滤沉积技术对轴承基体进行表面沉积，以TiSi靶为阴极材料，起弧电流为100-140A，沉积时通入乙炔和氮气，乙炔和氮气的比值大于4：1。/n

【技术特征摘要】
1.一种超高速电机轴承表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)表面喷砂处理
对轴承进行干喷表面处理，处理后表面粗糙度Ra不大于0.5；
2)高温下气体刻蚀
利用真空腔室对轴承进行进一步表面处理，真空腔室内温度为0-650℃；
3)喷涂聚合物纳米颗粒涂层
对轴承基体表面喷涂纳米复合涂层；
4)抛光处理
步骤3)喷涂处理后膜层偏厚或均匀性偏差时需要对表面进行抛光处理；
5)离子束沉积超硬超韧涂层
利用低能磁过滤沉积技术对轴承基体进行表面沉积，以TiSi靶为阴极材料，起弧电流为100-140A，沉积时通入乙炔和氮气，乙炔和氮气的比值大于4：1。


2.根据权利要求1所述的一种超高速电机轴承表面处理方法，其特征在于，所述步骤1)中干喷表面处理采用600-1000目氧化铝。


3.根据权利要求1所述的一种超高速电机轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖斌，欧阳晓平，华青松，罗军，陈琳，张旭，吴先映，庞盼，韩然，英敏菊，
申请(专利权)人：北京师范大学，稳力广东科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11