在轴承的滚动体外表面制备超硬材料聚晶膜的方法及产品技术

本发明专利技术公开了一种在轴承的滚动体外表面制备超硬材料聚晶膜的方法及其产品，其特点是将金刚石、立方氮化硼等超硬材料颗粒和粘结剂颗粒采用高温高压方法在轴承的滚动体外表面烧结；超硬材料和粘结剂颗粒的直径在３ｎｍ到０．１ｍｍ之间，把轴承的滚动体与超硬材料颗粒和粘结剂颗粒，在温度９００℃～１７００℃，压力３ＧＰａ～７ＧＰａ的条件下烧结出一层超硬材料聚晶膜，烧结出的轴承滚动体上的超硬材料聚晶膜厚度在１００ｎｍ～２０ｍｍ之间。运用该方法制备的产品可以使滚动体的耐磨性能好、摩擦系数小、热导率高、抗变形，使带有超硬材料聚晶膜的滚动体的轴承在高速、高温、高真空、腐蚀性强的条件下也能正常工作，并延长轴承的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种轴承的滚动体外表面制备膜的方法，尤其是涉及一种在轴 承的滚动体外表面制备超硬材料聚晶膜的方法及产品。
技术介绍
轴承在许多机械产品中都是一种不可缺少的零件，现今使用的轴承一般用 金属如轴承钢或不锈钢制成，所存在的缺点是轴承易磨损、生锈、腐蚀，需要 经常且较复杂的保养工作。另外，随着现代工业对机器设备可靠性要求的日益 提高，要求与之配套的轴承的可靠性也应该随之提高。轴承结构小型化、尺寸 精密化、速度高速化、温度高温化、及对于高真空、防腐蚀等苛刻工况条件的 要求也越来越高.采用钢质材料的轴承对于某些性能已无法满足。大量试验证 明，在高速环境下工作的轴承中滚动体是轴承中最薄弱的零件，绝大部分的高 速轴承失效都是由滚动体产生不同程度的疲劳破坏所致，其中轴承滚动体磨损 是重要因素之一。为获得具有更高的硬度、耐磨性和疲劳强度性能的轴承，人们采用了不少 新的设计和工艺，例如使用氮化硅或氮化硅基陶瓷复合材料的陶瓷结构滚动 轴承替代轴承钢或不锈钢轴承；运用化学复合镀和复合电沉积法在滚动轴承外 部镀覆金刚石镀层。但这些方法或多或少存在不足之处，发展使用性能更好的 轴承依然是需要研究的课题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种在轴承的滚动体外表面制备超硬材 料聚晶膜的方法，应用该方法可以制造一种外表面有超硬材料聚晶膜的滚动体， 这种有超硬材料聚晶膜的滚动体可以使滚动体的耐磨性能好、摩擦系数小、热 导率高、抗变形，使带有超硬材料聚晶膜的滚动体的轴承在高速、高温、高真 空、腐蚀性强等苛刻条件下也能正常工作。本专利技术采用以下技术方案一种在轴承的滚动体外表面制备超硬材料聚晶膜的方法，轴承滚动体的材 质是金属、陶瓷或复合材料，其特征在于用于制备轴承的滚动体超硬材料聚 晶膜的原料为超硬材料颗粒和粘结剂颗粒，超硬材料颗粒和粘结剂颗粒的直径在3nm 0.1mm之间，超硬材料颗粒为金刚石或立方氮化硼，把轴承的滚动体 与超硬材料颗粒和粘结剂颗粒，在温度为900°C 1700°C，压力为3GPa 7GPa 的条件下烧结，烧结出的轴承滚动体上的超硬材料聚晶膜厚度在100nm 20mm 之间。进一步，所述的轴承滚动体、超硬材料颗粒和粘结剂颗粒在10-1000秒内 加压到5.5Gpa，加热到155(TC，并保持温度、压力60-3600秒。进一步，所述的轴承滚动体、超硬材料颗粒和粘结剂颗粒在10-1000秒内 加压到5.5Gpa，加热到1400。C，并保持温度、压力60 3600秒。进一步，所述的粘结剂颗粒为金属粘结剂颗粒，金属粘结剂颗粒的成份为 Co或/和Al或/和Ni或/和Ti或/和Ni-Al或/和Co-Al或/和Mo或/和Cr或/禾口 Ca或/禾口 Fe或/禾口 Zr或/禾口 Bi。进一步，所述的粘结剂颗粒为陶瓷粘结剂颗粒，陶瓷粘结剂颗粒成份为 TiN或/和Si或/和A1N或/和A1203或/和Si3N4或/和第4、 5、 6周期中金属的碳 化物、氮化物、硼化物、硅化物以及碳氮化物或/和碳化物、氮化物、硼化物与钴、镍形成的固溶化合物。进一步，所述的超硬材料颗粒和粘结剂颗粒的直径在0.3pm到50|im之间。 进一步，所述的超硬材料颗粒和粘结剂颗粒的直径在100nm到0.3pm之间，温度和压力的范围为温度1300 1600°C，压力4.5 6.0Gpa。进一步，在滚动体外表面有一层超硬材料聚晶膜，该超硬材料聚晶膜的厚度在100nm 20mm之间。进一步，所述超硬材料聚晶膜的厚度在0.1mm 2mm之间。 进一步，所述超硬材料聚晶膜的厚度在100nm 100pm。 本专利技术的有益效果是本技术提供了一种在轴承的滚动体外表面制备超硬材料聚晶膜的方法，由此方法在轴承的滚动体外表面制备了一层超硬材料聚晶膜，滚动体上有超硬材料聚晶膜的轴承，避免了生锈、减少了滚动中的摩擦损失、增强了轴承的刚性、延长了轴承的使用寿命，提高了使用性能。该专利技术所涉及的方法可应用于各种轴承中，如高速电机主轴轴承、机床主轴轴承、牙钻轴承、高速磨头轴承、仪表用轴承、硬盘驱动器轴承等。同时也可以用作建筑门窗滚轮、箱包滚轮、溜冰鞋的滚轮等。本技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本技术的实践中得到教导。本技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书或者附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明图1是运用本专利技术方法制备的外表面有超硬材料聚晶膜的圆柱形滚动体的结构示意图2是运用本专利技术方法制备的外表面有超硬材料聚晶膜的圆锥形滚动体结 构示意图3是运用本专利技术方法制备的外表面有超硬材料聚晶膜的球形滚动体结构 示意图。 具体实施方案下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述-一种在轴承的滚动体外表面制备超硬材料聚晶膜的方法，用于制备超硬材 料聚晶膜的原料为超硬材料颗粒和粘结剂颗粒，超硬材料颗粒和粘结剂颗粒的 直径在3nm到lmm之间，把表面经过打毛、喷砂处理的轴承滚动体与超硬材 料颗粒和粘结剂颗粒，在温度90(TC 170(TC，压力3GPa 7GPa的条件下烧 结，烧结出的轴承滚动体上的超硬材料聚晶膜厚度在100nm 20mm之间。超 硬材料颗粒为金刚石、立方氮化硼或其它超硬材料。粘结剂可以为金属粘结剂颗粒，也可以为陶瓷粘结剂颗粒，其中金属粘结 剂颗粒为Co、 Al、 Ni、 Ti、 Ni國Al、 Co-Al、 Mo、 Cr、 Ca、 Fe、 Zr、 Bi等金属 颗粒，金属粘结剂颗粒可以是以上金属颗粒中的一种，也可以是它们中任意几 种的结合。陶瓷粘结剂颗粒为TiN、 Si、 A1N， A1203， Si3N4，第4、 5、 6周期 中金属的碳化物、氮化物、硼化物、硅化物以及碳氮化物，碳化物、氮化物、 硼化物与钴、镍形成的固溶化合物。陶瓷粘结剂颗粒可以是上述颗粒中的一种， 也可以是它们中几种的结合。其中，第4、 5、 6周期中金属的碳化物、氮化物、 硼化物、硅化物和碳氮化物，陶瓷粘结剂颗粒可以为它们中的一种，也可以为第4、 5、 6周期中金属的碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和碳氮化物中任意 几种的组合，或者为第4、 5、 6周期中金属的碳化物、氮化物、硼化物、硅化 物和碳氮化物与上述其它陶瓷颗粒的组合。对于碳氮化物，碳化物、氮化物、 硼化物与钴、镍形成的固溶化合物，陶瓷粘结剂颗粒可以为其中的一种，也可 以为其中任意几种的组合，或者为碳氮化物，碳化物、氮化物、硼化物与钴、 镍形成的固溶化合物与其它陶瓷颗粒的组合。由本专利技术方法制备的轴承的滚动体外表面有超硬材料聚晶膜，该超硬材 料聚晶膜的厚度在100nm 20mm之间，特别是在0.1mm 2mm的区间。该超 硬材料聚晶膜的厚度可以薄至纳米级(100nm 10(Him),对于纳米级的薄膜， 工艺上可以采用首先将纳米级超硬材料颗粒和粘结剂颗粒的乳液涂覆于轴承 滚动体的外表面，然后在高温高压下进行烧结的方法来获得。 实施例一图1为按照本专利技术方法制备的外表面有超硬材料聚晶膜的圆柱形滚动体 的结构示意图，由滚动体l、高温高压下烧结在其外表面的超硬材料聚晶膜2 组成。该轴承的滚动体1是用普通不锈钢、轴承钢、硬质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在轴承的滚动体外表面制备超硬材料聚晶膜的方法，轴承滚动体的材质是金属、陶瓷或复合材料，其特征在于：用于制备轴承的滚动体超硬材料聚晶膜的原料为超硬材料颗粒和粘结剂颗粒，超硬材料颗粒和粘结剂颗粒的直径在３ｎｍ～０．１ｍｍ之间，超硬材料颗粒为金刚石或立方氮化硼，把轴承的滚动体与超硬材料颗粒和粘结剂颗粒，在温度为９００℃～１７００℃，压力为３ＧＰａ～７ＧＰａ的条件下烧结，烧结出的轴承滚动体上的超硬材料聚晶膜厚度在１００ｎｍ～２０ｍｍ之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方海江，张迎九，谢辉，
申请(专利权)人：河南四方达超硬材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]