衬垫改性对自润滑关节轴承摩擦学性能的影响

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Efects of Liners M odification on Tribological Properties of Self-LubricatingSpherical Plain BearingsZhan Song-hua ，Bai Yao-xing ，Qiu Ming(1.Taizhou Kejin Bearing Co.，Ltd.，Taizhou 318050，China；2.Henan University of Science andTechnology，Luoyang 471003，China)Abstract：The liners of PTFE and Kevlar fibers are treated by the rare earth.The efects Of the liner modifcation ontribological properties of self-lubricating spheric plain bearings are investigated，and the WOITI suI'ace morphologiesof the liners are analyzed by scanning electron microscopy and energy dispersive spectrometer.The results show that theanti-friction and wear resistances of the treated bearings are improved greatly than those of the untreated bearings，andthe treated beating liners only emerge slightly adhesive weal"。

Key words：spherical plain bearing；liner；rare earth；friction；wear自润滑关节轴承是在内、外圈之间镶嵌或粘结-层 自润滑衬垫层，用衬垫层表面的自润滑材料与钢制内圈的摩擦来代替钢制内、外圈之间的摩擦，从而实现其在航空航天、铁路机械等领域高载荷、长寿命、免维护、易拆卸和自润滑等方面的要求。因聚四氟乙烯(PTFE)具有摩擦因数低，耐腐蚀等优点，被用来作 自润滑垫层，但其不耐磨，限制了其作为自润滑垫层的应用范围。为此，收稿日期：2012-06-20；修 回日期：2012-09-06基金项目：国家自然科学基金项目(51275155)；河南受出青年基金项目(114100510002)；河南省高衅技创新人才支持计划项目(2009HASTIT008)作者简介：占松华(1967-)，男，工程师，董事长，主要从事轴承设计与制造。E-mail：kgbal###hotmail.COB。

通讯作者：邱明(1969-)，女，博士，教授，博士生导师，主要从事轴承摩擦学研究。E-mail：qiuming69###126.corn。

开展了大量其他功能性纤维与 PTFE复合自润滑材料的研究工作 J。芳纶纤维具有高拉仲强度和高弹性模量，且价格便宜、原料易得，已被广泛用于与PTFE复合编织，以提高其耐磨性、力学性能和尺寸稳定性。然而，芳纶与 PTFE编织的衬垫表面活性低，结晶度高，表面光滑，与黏合剂的浸润性不好 J，易导致衬垫与黏合剂之间的界面结合力差。而衬垫粘结不牢固将引起摩擦过程中衬垫起皱甚至脱落，导致摩擦因数增大、磨损加剧。

稀土元素具有独特的化学性质和很强的活性，稀土原子的4f电子对原子核封闭不严，显示较大的有效核电荷，对其周围原子的电子有较强的吸引力 J，而且稀土离子是典型的硬阳离子，与PEFE中的氧、氟等有较强的结合能力，且其同配位原子之间的结合键多具有较强的离子键性。因《轴承)2013.№.2此，对编织衬垫材料进行稀土处理可以改善材料的界面结合力及其摩擦学性能 。

1 试验1.1 原料与试验轴承制备向心 关 节 轴 承 基 本 尺 寸 为：外 圈 外 径35 mm，外圈宽度 12 mm，内圈内径20 mm，内圈宽度 16 mm，球径 29 mm。轴承内、外圈材料为GCrl5轴承钢 ，衬垫材料选用芳纶/PTFE纤维编织而成。

制备前先对芳纶/PTFE混合纤维编织衬垫进行稀土表面改性处理，具体步骤为：(1)在室温下将关节轴承纤维衬垫浸入丙酮溶液中浸泡 10～l4h，取出后在 60～80℃烘箱 中烘干 10-20 min。

(2)把经丙酮处理后的纤维衬垫浸入稀土改性剂溶液(其组分为氯化镧化合物、去离子水、氯化铵、硝酸和尿素)中浸泡2-3 h，过滤后在80～120 oC烘箱中烘干20～30 min。然后将烘干的衬垫用黏合剂(双组份增强型环氧胶)粘接在外圈内表面上，将内圈装上后置于 100℃下固化4 h，制得试验用轴承试样。

1.2 试验设备及方法摩擦学性能试验采用 自制的关节轴承摩擦磨损试验机(图1)，利用扭矩传感器、杠杆百分表和热电偶对试验过程中的摩擦力矩、磨损量以及温升的变化进行实时的记录。制定的试验方案为：(1)摆动频率为2，2.5，3和3.5 Hz；(2)摆动角度为 ±10。；(3)对轴承施加的载荷为52 MPa；(4)实验