專(zhuān)利名稱(chēng)：航空軸承元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種航空軸承元件，特別是涉及一種航空軸承。
背景技術(shù)：
金屬對(duì)金屬(metal-to-metal)的球面軸承用于航空和^元天工業(yè)，特別 是用于飛機(jī)起落架的軸承上。 一般用于制造起落架的金屬對(duì)金屬軸承的材 料是用不銹鋼和銅合金來(lái)制造軸承的內(nèi)圏和外圖(或者制造滾珠和外殼)。 使用這些材料是因?yàn)樵跊](méi)有潤(rùn)滑劑的情況下它們的表面不易磨損。然而， 這種材料都是比較重的材料，因此， 一直在尋找使用更適合于航空和航天 工業(yè)的更輕便材料的解決方案。從強(qiáng)度方面考慮可以使用鈦合金軸承來(lái)替 代這些較為沉重的金屬，同樣的鈦合金材料制成的元件大約要比不銹鋼和 銅合金材料輕40%。雖然重量是大大減輕了，但是在起落架經(jīng)受的負(fù)載條件 下這類(lèi)材料磨損得很快。US 4，848，934號(hào)專(zhuān)利提出了一種鈦合金軸承。由 于鈦合金對(duì)于金屬與金屬的接觸來(lái)說(shuō)太軟了 ，所以要在其上被覆一層堅(jiān)硬 的氧化4各覆層。
對(duì)其它類(lèi)型的覆層也進(jìn)行了研究，但卻遇到了將這種堅(jiān)硬覆層被覆在 相對(duì)較軟的鈦合金上時(shí)附著力不足的問(wèn)題。
氧化鉻和鉻被覆技術(shù)對(duì)于環(huán)境保護(hù)很不利，而且還必然在很大程度上 提高了制造成本，因此最好不使用氧化鉻或者鉻的被覆技術(shù)。
GB 2,412,701號(hào)專(zhuān)利提供了一種金屬對(duì)金屬的軸承，其中的一種材料 含有鈦合金，這種鈦合金在其表面附近提供一個(gè)擴(kuò)散區(qū)。GB 2,412,701號(hào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)只公開(kāi)了在形成這種擴(kuò)散區(qū)時(shí)要使用氮。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用如GB 2,412,701號(hào)專(zhuān)利文獻(xiàn)所描述的氮擴(kuò)散區(qū)，所形 成的氮擴(kuò)散區(qū)比較薄，只在20jum的范圍內(nèi)形成。換言之，這種氮擴(kuò)散區(qū) 只至滲透到鈦基材表面的20jum左右的深度。這樣的滲透深度限制了這種 軸承所能夠承受的壓力的大小。例如， 一種具有氮擴(kuò)散區(qū)的航空軸承只能 承受最大80 MPa(兆帕)的壓力。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本領(lǐng)域需要提供一種輕型的航空軸承，這種軸承能夠承受較現(xiàn) 有航空軸承更高的壓力。特別是隨著更大和更重型飛機(jī)的出現(xiàn)，需要一種 能夠承受遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于80 MPa壓力的航空軸承。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上可知，為達(dá) 到上述目的，本發(fā)明提供了一種基本上用有色金屬(非鐵金屬)制成的航空 軸承元件，這種元件在靠近其表面處有一個(gè)氧擴(kuò)散區(qū)，用以形成軸承的表面。
與GB 2,412,701號(hào)專(zhuān)利中公知的形成氮擴(kuò)散區(qū)相反，形成氧擴(kuò)散區(qū)的 優(yōu)點(diǎn)在于這種擴(kuò)散區(qū)能在軸承元件上達(dá)到更深的深度，得到更高的表面硬 度和較低的磨損率。此外，具有氧擴(kuò)散區(qū)的航空軸承元件，能夠承受超過(guò) 80 MPa的壓力。本發(fā)明旨在提供一種具有氧擴(kuò)散區(qū)和PVD覆層并經(jīng)過(guò)適當(dāng) 的磨合后能應(yīng)用于承受達(dá)到或者超過(guò)270 MPa的壓力的航空軸承元件。
制作具有氧擴(kuò)散區(qū)的金屬元件在業(yè)內(nèi)是公知的，但此前在航空航天工 業(yè)特別是航空軸承工業(yè)中卻并非是公知的。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員一直都 認(rèn)為氧擴(kuò)散區(qū)不能應(yīng)用在軸承工業(yè)，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為這種氧擴(kuò)散工藝過(guò)程會(huì) 在經(jīng)過(guò)氧擴(kuò)散的元件表面上形成分離的氧化物層。當(dāng)這種元件含有鈦時(shí)， 上述氧化層中便含有二氧化鈦(Ti02)金紅石。這種二氧化鈦金紅石層的深 度范圍可能達(dá)到0. 5~l|Lim。
在軸承技術(shù)領(lǐng)域一直都認(rèn)為存在氧化層是很不利的，因?yàn)檠趸瘜幽p 后的磨蝕性顆粒會(huì)由表面上脫落下來(lái)加快軸承表面磨損并產(chǎn)生卡死。因此 以前在軸承技術(shù)領(lǐng)域中 一直不考慮使用氧擴(kuò)散區(qū)。
較好的是更傾向于在航空軸承元件的表面或內(nèi)部再形成一個(gè)氮擴(kuò)散區(qū)。
在航空軸承元件表面或內(nèi)部形成一個(gè)氮擴(kuò)散區(qū)的優(yōu)點(diǎn)是能在很大程度 上減少或者消除這種不利的氧化層。
較佳的，在制造實(shí)施本發(fā)明的航空軸承元件時(shí)，首先形成一個(gè)氧擴(kuò)散 區(qū)；然后，然后在該氧擴(kuò)散區(qū)之上形成一個(gè)氮擴(kuò)散區(qū)。
在一個(gè)實(shí)施例中，至少上述氮擴(kuò)散區(qū)的一部分，與至少上述氧擴(kuò)散區(qū) 的一部分互相填補(bǔ)空隙。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以用氮擴(kuò)散區(qū)"蓋住"氧擴(kuò) 散區(qū)。該氮擴(kuò)散區(qū)進(jìn)一步提高了軸承表面的硬度。
使用這種氧擴(kuò)散區(qū)和氮擴(kuò)散區(qū)這兩種擴(kuò)散區(qū)所帶來(lái)的疊加優(yōu)點(diǎn)是，氧 擴(kuò)散區(qū)能夠較深地滲透到軸承元件內(nèi)，從而使軸承元件能夠承受更大的壓 力，而設(shè)置氮擴(kuò)散區(qū)則進(jìn)一步提高了軸承表面的硬度，并且提高了成品軸 承表面的耐磨性能。
還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)制造同時(shí)具有氧和氮這兩種擴(kuò)散區(qū)的航空軸承元件時(shí)，形 成氮擴(kuò)散區(qū)的步驟能夠起到大大減少或者完全消除在形成氧擴(kuò)散區(qū)的步驟 時(shí)形成的氧化層的作用。因此，按照本發(fā)明制成的在其表面上或者表面內(nèi) 部具有一層氧擴(kuò)散區(qū)和一層氮擴(kuò)散區(qū)的航空軸承元件，基本上沒(méi)有氧化 (即，金紅石)層。產(chǎn)生的疊加的有益效果是在獲得氧擴(kuò)散區(qū)的能夠同說(shuō)明書(shū)第3/13頁(yè)
時(shí)消除其相關(guān)缺陷。氮擴(kuò)散區(qū)的存在不僅能減少或消除氧化層，它還能起 到使軸承表面硬化的作用，進(jìn)而提供一個(gè)適于附著覆層的表面。
較好的是，擴(kuò)散區(qū)的深度在21-100jnm的范圍內(nèi)。更好的是該深度在 40~70jum的范圍內(nèi)。最優(yōu)選的深度基本上是60jim。所謂"擴(kuò)散區(qū)"，或 者僅指氧擴(kuò)散區(qū)本身，或者指氧擴(kuò)散區(qū)和氮擴(kuò)散區(qū)的組合。應(yīng)該理解，如 果氮擴(kuò)散區(qū)與至少部分的氧擴(kuò)散區(qū)互相填隙，那么，該組合擴(kuò)散區(qū)的有效 深度基本上與氧擴(kuò)散區(qū)本身的有效深度相同。
在一個(gè)實(shí)施例中，在上述表面上形成一層覆層，以形成軸承表面。
較好的是，上述覆層的深度在O. 1 50Mm的范圍內(nèi)。較好的是，上述 深度可在0. 1 ~ 25 pm的范圍內(nèi)。較好的是該深度在2 ~ 4 jnm的范圍內(nèi)。
上述覆層可以包括一層第一覆層，及在第一覆層上形成的一第二覆層。 在一個(gè)實(shí)施例中，第一覆層選材時(shí)選擇能夠很好地附著在其下的相應(yīng)擴(kuò)散 區(qū)上的材料，第二覆層選材時(shí)選擇能夠形成優(yōu)異軸承表面的材料。
這種雙層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，第一覆層起到一個(gè)中間覆層的作用，這樣， 面層(第二覆層)就不會(huì)由其下方的擴(kuò)散崩離(脫離)。因此，第一覆層的 材料可以選擇能很好地附著在下面的氮/氧擴(kuò)散區(qū)上的材料，而不必特別考 慮材料的摩擦屬性。相反，第二覆層的材料則應(yīng)該選擇能夠形成良好的軸 承表面的材料，而可以很少或者不需要考慮如何讓第二覆層的材料附著在 擴(kuò)散區(qū)上的問(wèn)題。盡管如此，第二覆層最好還是選擇能很好地附著在第一 覆層的材料上的材料。
上述兩種覆層中的至少一種覆層選自下列至少其一氮化鈦、氮化鉻、 碳化鴒石墨(tungsten carbide graphite)、鈦鋁氮化物和鉻鋁氮化物。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一覆層的材料選自氮化鉻(CrN)、氮化鈦(TiN) 和氮化鉻鋁(CrAlN);而第二覆層的材料是碳化鎢石墨(WCC )。
任何一種，或者，所有的被覆材料和/或覆層，都可以使用物理氣相沉 積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)中的至少一種方法來(lái)被覆。
在一個(gè)實(shí)施例中，上述航空軸承元件具有下列范圍內(nèi)的表面粗糙度 0. 1 ~ 0. 7 Ra。較好的是，上述表面粗糙度在0. 2 ~ 0. 4 Ra的范圍內(nèi)。較好 的是，上述表面粗糙度的最適當(dāng)?shù)姆秶荗. 25 - 0. 35 Ra。優(yōu)選上述表面粗 糙度基本上是Q. 3 Ra。
本發(fā)明還提供了 一種由上述所限定的航空軸承元件。
這種航空軸承元件包括航空軸承套、航空軸承的滾珠、航空軸承的 內(nèi)座圏或外座圈。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種航空軸承，它具有一個(gè)軸承套和 一個(gè)保持在該軸承套內(nèi)的滾珠，上述軸承套和滾珠中的至少其一由本發(fā)明 的 一個(gè)航空軸承元件構(gòu)成。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn) 一 步的詳細(xì)說(shuō)明。
上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的 技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和 其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附
圖，詳細(xì)iJL明如下。


圖l是一種航空軸承裝置的斷面圖。
圖2是圖1中軸承的軸承套與滾珠之間的交界面的放大示意圖。
圖3是具體實(shí)施本發(fā)明另一種軸承的軸承套與滾珠之間的接觸面的詳圖。
圖4是具體說(shuō)明本發(fā)明又一種軸承的軸承套與滾珠之間的接觸面的詳圖。
圖5是具體說(shuō)明本發(fā)明的一種軸承的覆層的詳圖。 圖6是用于實(shí)施按照本發(fā)明的三極等離子體氧化工藝(TP0)的設(shè)備的 示意圖。
圖7是在600°C、 65(TC和70(TC下，經(jīng)過(guò)TPO工藝處理后得到的 Ti-6A1-4V樣品的表面粗糙度(Ra)的圖表。
圖8表示在經(jīng)過(guò)TPO工藝處理的Ti-6A卜4V樣品的表面上，作為在壓 印載荷的作用下，在600°C、 65(TC和700。C反應(yīng)后的函數(shù)的努氏顯微硬度 圖表。
圖9表示在經(jīng)過(guò)和未經(jīng)過(guò)TPO處理的Ti-6A1-4V試樣的表面上，作為 在60(TC、 65(TC處理后深度的函數(shù)的努氏顯微硬度圖表。
圖10是在(a) 60(TC、 (b) 650。C和(c) 700。C下，經(jīng)過(guò)TPO處理后 所形成的頂部氧化層的金相顯微照片。
圖11是表示Ti-6A1-4V在未經(jīng)處理的條件下和經(jīng)過(guò)TPO處理之后的表 面粗糙度(JO的圖表。
圖12是表示Ti-6A1-4V在未經(jīng)處理的條件下和經(jīng)過(guò)TPO處理之后所獲
得的努氏顯微硬度的圖表。
圖13是表示被敷在下列各種試樣上(a)未經(jīng)處理的Ti-6A1-4V試樣， (b)經(jīng)過(guò)具有恒定的氧氣流，具有頂部Ti02-金紅石氧化層的標(biāo)準(zhǔn)TPO處 理的Ti-6A卜4V試樣，以及(c )用脈沖TPO處理的Ti-6A1-4V試樣上，在 經(jīng)過(guò)脈沖TPO處理之后，接著在氬氣或者氬氣與氮?dú)庵械牡入x子體加熱后 的PVD TiN的極限粘結(jié)載荷的圖表。
具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功 效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的航空軸承元件其具體 實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖1表示一種航空軸承裝置1。該航空軸承裝置1具有一個(gè)軸承套2， 和一個(gè)夾持在該軸承套2中的滾珠3。在軸承套2內(nèi)形成內(nèi)球形軸承表面4。
上述滾珠3形成一個(gè)外球形軸承表面5。軸承套2和滾珠3形成的這兩個(gè)球 形軸承表面4、 5互相配合，形成軸承接觸面。如本技術(shù)領(lǐng)域所公知的，滾 珠3還可以設(shè)有軸承孔6。
圖2表示一個(gè)按照本發(fā)明制作的軸承1的軸承套2與滾珠3之間的接 觸面。滾珠3由有色金屬優(yōu)選鈦制成的元件7構(gòu)成，它形成氧擴(kuò)散區(qū)8的 基材，氧擴(kuò)散區(qū)8形成于該基材內(nèi)。較好的是，這個(gè)氧擴(kuò)散區(qū)8填充于上 述有色金屬基材7內(nèi)。這樣，氧擴(kuò)散區(qū)8位于有色金屬基材7的表面之下。 不過(guò)，該氧擴(kuò)散區(qū)至可以部分地延伸到上述色金屬元件7位于其下的表面 之上，以便形成一表面層。
本發(fā)明的上述特征也可以應(yīng)用于上述軸承套的軸承表面，或者滾珠與 軸承套同時(shí)具有上述特征。
圖3表示實(shí)施本發(fā)明另一種軸承1的軸承套2與滾珠3之間的抵觸面 之間的細(xì)節(jié)。圖3中展示的細(xì)節(jié)基本上與圖2相同，只是在圖3中還顯示 了在氧擴(kuò)散區(qū)8形成的軸承表面5之上或其內(nèi)部形成的氮擴(kuò)散區(qū)9。這種氮 擴(kuò)散區(qū)至少可以填充在上述氧擴(kuò)散區(qū)8的一部分中。
圖4表示本發(fā)明另一種實(shí)施例的軸承套2與滾珠3之間的接觸面的細(xì) 節(jié)。滾J朱3的結(jié)構(gòu)可以與圖2或圖3中所示的結(jié)構(gòu)相同。因此，圖4中所 示的滾珠3可具有一個(gè)氧擴(kuò)散區(qū)8 (如圖2所示)，或者，同時(shí)具有氧擴(kuò)散 區(qū)8和氮擴(kuò)散區(qū)9 (如圖3所示)。
圖4中所示的裝置還具有一層被敷層100，被敷層可以在上述滾珠3上 形成。這層被敷層可以局部延伸到位于下方的基材的頂面中。被敷層100 的表面可以形成軸承表面5。該被敷層的材料可由一種材料構(gòu)成，并選以下 材料氮化鈦、氮化鉻、碳化鎢石墨、氮化鈦鋁和氮化鉻鋁。
圖5表示另一種軸承裝置，其中，被敷層100包括兩層被敷層。如圖5 所示，被敷層100具有第一被敷層101,并且，在其上形成第二被敷層102。 第一被敷層101的材料選擇能附著在相應(yīng)的下方擴(kuò)散區(qū)(圖5中未表示) 上的材料，而第二被敷層102的材料要選擇能形成很好的軸承表面5的材 料。
較好的是，第一被敷層101的材料是氮化鉻，而第二被敷層102的材 料是碳化鴒石墨。
在一個(gè)實(shí)施例中，在滾珠和軸承套上都形成一個(gè)氧擴(kuò)散區(qū)、 一個(gè)氮擴(kuò)散區(qū)、和一層碳化鴒石墨被敷層(wcc )。滾珠和軸承套的碳化鴒石墨的成
分可以不同。
用于處理適合于制造本發(fā)明的航空軸承元件的有色金屬元件的工藝過(guò)
程，包括下列工序把元件放入處于高溫下的處理腔室內(nèi)；對(duì)元件加壓， 使其具有吸引離子的潛在可能性；在壓力下把氧氣通入上述腔室內(nèi)，通過(guò) 輝光放電產(chǎn)生氧離子，上述處理腔室中還設(shè)有輝光放電離子化加強(qiáng)裝置， 并能啟動(dòng)這種離子化加強(qiáng)裝置，從而增大輝光放電放出的帶電粒子的密度， 氧離子流向上述元件并碰撞元件表面，至少部分氧離子擴(kuò)散到元件內(nèi)部。
經(jīng)過(guò)加強(qiáng)后的輝光放電裝置可用于對(duì)有色金屬元件例如鈦、鋁、鎂、 鋯以及其合金元件的氧化處理工藝過(guò)程。通過(guò)強(qiáng)化的輝光放電提高放出帶 電粒子的密度，提高了轟擊并穿過(guò)元件表面從而形成了氧化物的氧離子的 數(shù)量，使硬化表面抗腐蝕性能增強(qiáng)，抗磨損性能提高，相對(duì)而言較為平滑， 不需要延長(zhǎng)處理時(shí)間。
這種經(jīng)過(guò)處理的元件可適用于很多領(lǐng)域，例如航空和;阮天工業(yè)、生 物醫(yī)學(xué)和加工工具領(lǐng)域。
輝光放電可以使用技術(shù)人員熟知的任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)來(lái)產(chǎn)生，例如， D. C. 、 A. C.、或者R. F.。使用D. C,時(shí)，最好將處理腔室內(nèi)部接地，從而形
成帶有加負(fù)壓的元件的輝光放電。
例如，輝光放電電離強(qiáng)化裝置可以是一個(gè)腔室內(nèi)部的加正偏壓的電極、 一個(gè)具有一根電極絲或者一個(gè)空心陰極的等離子源、或者是一個(gè)微波發(fā)射 器或熱離子發(fā)射器。較好的是，它是一種熱離子發(fā)射裝置。
這種熱離子發(fā)射裝置可以用任何能在這種處理過(guò)程中的高溫下作為負(fù) 偏壓電極絲的材料制成。適用材料的例子是鴒和錸。但，考慮到成本方面 的原因，優(yōu)選鴒。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，形成上述熱離子發(fā)射裝置的材料會(huì)氧化，并且最后導(dǎo)致失 效，很可能在處理工藝過(guò)程完成之前就失效。特別是在使用鎢的情況下， 常常會(huì)發(fā)生這種情況。
然而，人們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用本發(fā)明中提出的一種或者多種方法，就能 夠延長(zhǎng)作為熱離子發(fā)射裝置的電極絲的壽命。例如，電極絲的直徑最好大 于1.0 mm。隨著電極絲直徑的增大，它的電阻就大大減小，使用粗的電極 絲需要更大的功率來(lái)加熱電極絲，并發(fā)射足夠的電子來(lái)維持離子發(fā)射。因 此，需要大電流電源來(lái)加熱這些粗大的電極絲。
還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在處理過(guò)程中向氧化環(huán)境加入各種惰性氣體，使得在處理 過(guò)程中氧氣的分壓小于總壓力的75%時(shí)，也能顯著地延長(zhǎng)這種電極絲的壽 命。適用的惰性氣體包括氬氣、氪氣、氦氣、氖氣，較好的是使用氬氣。 也可以將氮?dú)夂瓦@些氣體混合起來(lái)使用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氧化過(guò)程中的整體壓力為0. 1 ~ 1. 0Pa，例如，在O. 4Pa 左右時(shí)，能獲得更好的效果。在這種壓力下，會(huì)有更大量的其能量接近陰 極的落差電壓的離子到達(dá)元件的表面，增加高能量離子向元件表面的輸送， 并增強(qiáng)了整個(gè)氧化工藝過(guò)程的整體動(dòng)力學(xué)性能。
上述元件的電勢(shì)(或者偏壓)可以是任何適當(dāng)?shù)闹担?，可以?100--2000 V，然而，通過(guò)在-100V到-500V，例如，在-200V下進(jìn)行這種過(guò)程的 操作，就能夠進(jìn)一步降低被處理元件的表面粗糙度。較好的是，在比較低 的溫度下，例如，在300°C ~ 800°C,更佳在400°C 70(TC下進(jìn)行處理，能 夠?qū)⒃冃魏惋@微結(jié)構(gòu)變化降至最低。
典型的是，目的在于通過(guò)設(shè)定工藝過(guò)程中的各種參數(shù)，使氧離子與元 件表面碰撞并穿透元件表面。這樣形成的硬化層由內(nèi)部氧擴(kuò)散層和外部氧 化層構(gòu)成。
這種工藝過(guò)程可以按照所需要的時(shí)間長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行(例如，從0,1-100 小時(shí))，而持續(xù)的時(shí)間取決于需要的硬化層的厚度。不過(guò)，這種工藝過(guò)程也 可以只實(shí)施較短的一段時(shí)間，例如，從0. 3 ~ 20小時(shí)，較好是4小時(shí)左右， 仍然能夠?yàn)楸砻嫣峁﹥?yōu)良的物理性能。
典型地，硬化層的厚度可5 ~ 300微米之間變化，較好在20 - 80微米 之間變化，更好的在30 50微米之間變化。硬化層的最終厚度主要取決于 操作的溫度和操作時(shí)間的長(zhǎng)度。
例如，在70(TC下對(duì)Ti-6A1-4V合金處理4個(gè)小時(shí)，產(chǎn)生的硬化層具有 0. 7~0. 8微米的分離的氧化層，其主要成份是Ti02金紅石，位于深度約為 50微米的氧擴(kuò)散層之上。
如前述，不希望出現(xiàn)氧化層。例如，如果處理后的元件隨后要被覆層， 特別是要覆以氮化物、碳化物或者碳氮化物時(shí)，會(huì)降低附著力。不過(guò)，已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種氧化層的形成是可以通過(guò)選擇適宜的操作參數(shù)來(lái)控制的。
例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，變化送入腔室的氧氣的流速，例如，通過(guò)間歇地減 慢或停止氧氣流，就能大大減少氧化層的形成。此外，還驚異地發(fā)現(xiàn)，氧 氣流的這種變化或稱(chēng)之為'脈動(dòng)'，能延長(zhǎng)熱離子發(fā)射裝置例如電熱絲的壽 命，從而可以使用較細(xì)的電熱絲，或者能夠允許較長(zhǎng)的處理時(shí)間。
例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用沒(méi)有氧氣流入腔室的時(shí)間段把氧氣流入腔室的時(shí) 間段分隔開(kāi)來(lái)，是很有利的。氧氣流入的時(shí)間段與不流入的時(shí)間段的比例， 稱(chēng)為工作周期比，它可以在下列范圍內(nèi)變化0.05 - 0.95。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如 果停止氧氣流的時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)不利于形成更好的硬化層。因此，較好的是 在工作周期比為0, 15 ~ 0, 85下進(jìn)行操作，更佳的工作周期比是0. 25 ~ 0. 75。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，脈沖的循環(huán)時(shí)間可在很寬的范圍內(nèi)變化，但循環(huán)時(shí)間可小于60 分鐘，例如， 一般在20到60分鐘之間是適當(dāng)?shù)?。例如，?0分鐘的周期時(shí)間進(jìn)行操作，而工作周期比為0. 50 (即，氧氣流打開(kāi)的時(shí)間為15分鐘， 然后關(guān)閉15分鐘)能獲得良好的結(jié)果。
如上所述，這種熱離子發(fā)射裝置，例如電熱絲的壽命，可以在處理的 工藝過(guò)程中使氧氣只具有小于75%的分壓，其余為惰性氣體的壓力而延長(zhǎng)。 還發(fā)現(xiàn)，低的氧氣分壓能減少氧化層的形成。事實(shí)上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，氧氣的 分壓可以減小到低于50%,或者，甚至低于40°/。，例如30%左右，以便進(jìn)一 步減少氧化層的形成。目前較好的是氣體混合物在分壓上的比例是30%的氧 氣，70%的氬氣。
還發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步減小氧氣的分壓，或者甚至使其為零，能在處理過(guò)程 結(jié)束時(shí)，去除任何可能在以前已經(jīng)積聚的氧化層。這可以很簡(jiǎn)單地通過(guò)停 止氧氣流，使得腔室內(nèi)絕大部分或者只含有惰性氣體(例如，氬氣、氪氣、 氦氣、氖氣或氙氣，也可以有選擇地混入氮?dú)?。 一般認(rèn)為，這種等離子體 的加熱步驟，或者"浸透"階段，能讓氧化層中的氧擴(kuò)散到元件中，而惰 性氣體的離子轟擊有助于撕裂氧化層。在工藝過(guò)程的這個(gè)階段中，在400 。C到80(TC的溫度下，在0. 3到2. 0小時(shí)這樣的時(shí)間段里，氧氣的分壓可以 為0到10%，更佳為零。
以上所說(shuō)的任何一種或者全部技術(shù)內(nèi)容，可以任意組合，用來(lái)修正氧 化層的厚度，或者完全消除氧化層。
例如，用脈沖式的氧氣流，并隨后在惰性氣體中進(jìn)行一段時(shí)間的等離 子體加熱來(lái)處理金屬元件，就能夠完全消除分離的氧化層。例如，已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)，在20或30分鐘的循環(huán)時(shí)間內(nèi)，以0. 25或0. 50的工作循環(huán)比率，用 脈沖氧氣進(jìn)行165分鐘的工藝操作，接著，在氬氣或者氬氣與氮?dú)獾幕旌?物中進(jìn)行75分鐘的等離子體加熱步驟(整個(gè)工藝過(guò)程的時(shí)間為4小時(shí))， 就能制成經(jīng)過(guò)處理的、沒(méi)有氧化層的元件。
如上所述，元件經(jīng)過(guò)處理的表面可以在此后進(jìn)行被覆，例如，可使用 物理氣相沉積工藝(PVD)和/或化學(xué)氣相沉積工藝(CVD)進(jìn)行被覆。已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過(guò)本發(fā)明的工藝過(guò)程后所形成的表面上，特別適合于這種被覆， 特別是適合于那些實(shí)現(xiàn)了沒(méi)有氧化層的表面。PVD和/或CVD被覆層可以用 本技術(shù)領(lǐng)域的任何公知工藝過(guò)程，例如，使用D. C. 、 A. C.、或R. F.來(lái)進(jìn)行 被覆。
也可以直接在同一個(gè)加工腔室內(nèi)，直接在氧化處理之后進(jìn)行這種被覆 處理，而不必在這一個(gè)階段的處理過(guò)程中讓元件暴露在大氣中?；蛘撸?可以在兩個(gè)階段的工藝過(guò)程中，可以在第二階段單獨(dú)進(jìn)行這種被覆工藝。
把氧化處理與這種堅(jiān)硬的陶瓷被覆過(guò)程結(jié)合在一起，具有疊加的有益 效果，并且，進(jìn)一步增加了元件表面的承載能力，極大降低了由于表面經(jīng) 過(guò)硬化而發(fā)生的覆層與元件之間的彈性和塑性變形。下面參照

本發(fā)明，附圖中
圖6表示一個(gè)尺寸為1. Omx 1. Omx 1. 0 m的不銹鋼處理腔室10( Tecvac Limited公司的型號(hào)No. IP 70)，其中裝有要進(jìn)行處理的元件12，以及用 鎢制作的，構(gòu)成熱離子發(fā)射裝置的電極絲14。
三個(gè)分別裝有氧氣、氬氣和氮?dú)獾臍馄?0、 22、 24分別通過(guò)流量控 制裝置26連接在腔室10上。
一個(gè)直流偏壓電源28 ^t巴負(fù)偏壓施加在元件12上。 -使用類(lèi)似的大電流 低壓電源30對(duì)上述電極絲14施加負(fù)電壓。加熱器電源32也連接在電極絲 14上。腔室IO還裝有輻射加熱器34、 36。
由于這種工藝過(guò)程涉及三種電氣構(gòu)件(元件、熱發(fā)射裝置和腔室的內(nèi) 部)，為方便起見(jiàn)，把這種工藝過(guò)程稱(chēng)為三極等離子氧化工藝(triode plasma oxidation, TP0 )。
使用時(shí)，將氧氣和氬氣(可選)送入腔室10內(nèi)，同時(shí)使用擴(kuò)散泵38將 腔室內(nèi)的壓力保持在其設(shè)定點(diǎn)。由于腔室10內(nèi)部與元件12之間的電位差， 以及氣體壓力，便發(fā)生了輝光放電。足夠的電流流過(guò)電極絲14，產(chǎn)生熱離 子的發(fā)射，增強(qiáng)了輝光放電中離子的能量。
當(dāng)在氧離子和氬離子中加載正電壓時(shí)，它們就會(huì)被吸引到加載負(fù)電壓 的元件上，從而與元件表面碰撞。腔室內(nèi)升高到足夠溫度，使元件中的金 屬原子進(jìn)行充分的振動(dòng)，以便讓碰撞的氧離子能夠擴(kuò)散到金屬元件的內(nèi)部。
一個(gè)等離子體加熱階段接續(xù)在上述氧化階段之后，此時(shí)，只進(jìn)入惰性 氣體。
實(shí)施例l:使用恒定氣氣流的TP0:溫度對(duì)工藝過(guò)程的影響 所實(shí)施的三極等離子氧化工藝(TP0 )，是在三種不同的溫度下(6 0 (TC 、 650。C和70(TC )，對(duì)Ti-6A1-4V ^式一險(xiǎn)盤(pán)(購(gòu)自英國(guó)Titanium International 公司)進(jìn)行240分鐘的硬化。在所進(jìn)行的工藝過(guò)程中，氧氣流保持恒定不 變。Ti-6A1-4V試驗(yàn)盤(pán)在退火狀態(tài)(384 士20HK。.，)下的厚度為3 mm,直徑 為30 mm，并在堿性溶液中進(jìn)行超聲波清理后，拋光到表面粗糙度為Ra = 0. 040 ± 0. 007 iam，然后》文置在處理腔室中(從Tecvac Limited 乂>司購(gòu)入 的IP 70腔室)。
在把最后的壓力降低到低于5 x 10-3 pa之后，把氬氣導(dǎo)入上述腔室中， 4吏壓力達(dá)到2.0 Pa,以-使進(jìn)行飛濺清理步驟。對(duì)上述工件(試驗(yàn)盤(pán))施加 -IOOOV的偏壓，并實(shí)施5分鐘的飛濺清理。
在0. 5Pa的壓力下完成氬氣的等離子加熱步驟，并對(duì)工件施加-200V 的電壓。對(duì)鴒電熱絲施加-200V的電壓，并把電熱絲加熱器的電流密度調(diào) 節(jié)到能產(chǎn)生1. 5mA/cm2。等離子加熱一直進(jìn)行到達(dá)到處理溫度(600。C或650'C或700°C )為止。在這種電流密度值下，不需要輔助加熱(即輻射加熱)。
經(jīng)過(guò)等離子加熱之后，在把氬氣的壓力調(diào)節(jié)到0. 28 Pa,并且導(dǎo)入氧氣， 使其壓力達(dá)到0.12 Pa，使總壓力達(dá)到0.4 Pa，并且氣體的成分為70%的 Ar和30%的02。施加在工件和電熱絲上的電壓都保持在-200V (此值已經(jīng) 在等離子加熱時(shí)預(yù)先設(shè)定)，而電熱絲加熱器的電流則要進(jìn)行周期性的調(diào) 節(jié)，以便在整個(gè)處理過(guò)程中保持工件的恒定的1. 5 mA/cr^電流密度。
在上述氧化工藝過(guò)程之后，通過(guò)將氮?dú)鈱?dǎo)入腔室中，把壓力提高到 102Pa,來(lái)冷卻進(jìn)行處理的試驗(yàn)盤(pán)。當(dāng)試驗(yàn)盤(pán)的溫度下降到低于20(TC時(shí)， 進(jìn)一步把氮?dú)饧尤氲角皇抑?，直至壓力達(dá)到大氣壓力(~105Pa)。
與不進(jìn)行處理相比，TPO促進(jìn)了表面粗糙度的微小變化，拋光了試樣(圖 7 )。不論TPO的溫度如何，處理之后的表面粗糙度仍舊很小(Ra〈 0. 06 iam)。 隨著TPO溫度的增高，上述Ra值稍有增大，在70(TC時(shí)，大約為0.058 pm。 Ra隨著TPO溫度的增高而產(chǎn)生的差別是^[艮有限的，沒(méi)有任何價(jià)值，因?yàn)閳D 7中所示的數(shù)值在統(tǒng)計(jì)學(xué)上幾乎沒(méi)有差別。
在TPO之后，在若干種溫度下(600、 650和700。C),可以看到，與不 進(jìn)行處理的Ti-6A1-4V相比(圖8)，表面硬度顯著提高了。當(dāng)提高TPO溫 度時(shí)，在規(guī)定壓痕載荷下所測(cè)得的表面硬度也增加了。這很可能與氧化層 厚度的變化有關(guān)。在最低壓痕載荷下，記錄到很高的硬度值，這表明存在 著一層硬的氧化層。經(jīng)過(guò)70(TC下的TPO處理的Ti-6A1-4V試樣，仍然在4艮 高的壓痕載荷下(例如，500 gf和IOOO gf)獲得了顯著提高的表面硬度。
較好的是， 一件實(shí)施了本發(fā)明的航空軸承元件，具有超過(guò)400 HK。.。25( Kgf mm—2)的硬度。較好的是，在表面厚度20jam之內(nèi)，其硬度在600 HK以上。 更有利的是，在表面厚度10)am之內(nèi)，其硬度超過(guò)700 HK。這就顯示，實(shí) 施了本發(fā)明的航空軸承元件，能提供比不經(jīng)過(guò)處理的軸承表面更硬的軸承 表面。
TPO對(duì)提高硬度的效果示于圖9。在一段短短的240分鐘(4小時(shí))處 理時(shí)間之后，便形成了在700。C下大約50jum厚的硬化層。當(dāng)TPO溫度下降 時(shí)，硬化層的厚度也下降。例如，在600。C下的處理深度大約為30jim。
較好的是，對(duì)于高達(dá)1000 gf的載荷，硬度要超過(guò)400HK。對(duì)于高達(dá) 600 gf的載荷，硬度超過(guò)500 HK就很合適。對(duì)于高達(dá)600 gf的載荷，硬 度超過(guò)600 HK就很有利。較好的是，對(duì)于高達(dá)300 gf的載荷，硬度要超 過(guò)600HK。對(duì)于高達(dá)200 gf的載荷，硬度超過(guò)800 HK就4艮合適。對(duì)于高達(dá) 100 gf的載荷，硬度超過(guò)IOOO HK就很有利。較好的是，對(duì)于40 gf的載 荷，硬度在1500與1800 HK之間。
在10 kX下所拍:f聶的SEM顯^f敖照相顯示，在經(jīng)過(guò)TPO-處理的表面上總 是形成一層密實(shí)的氧化層，而與進(jìn)行TPO處理的溫度無(wú)關(guān)(圖5)。隨著TPO溫度的下降，氧化層的厚度也減小。與在70(TC、 650。C和600。C下施行的 TPO處理相對(duì)應(yīng)的氧化層厚度為0. 7~0. 8jam、 0. 2 ~ 0. 3 jiim和0. 1 ~ 0. 2 H m。
掠射角XDR的數(shù)據(jù)也顯示，這種氧化層的結(jié)構(gòu)也是隨著TPO溫度而變 化的。在600。C時(shí)，氧化層由TiO廣銳鈦型(anastase)和TiO廣金紅石的混 合物構(gòu)成。數(shù)據(jù)顯示，TiO廠(chǎng)銳鈦型(anastase)和TiO廣金紅石的混合物在 650。C下依然存在，雖然此時(shí)的TiO廠(chǎng)金紅石的量要比600。C時(shí)更多一些。在 70(TC下，TiO廠(chǎng)銳鈦型(anastase)的峰值消失了，顯示表面上的氧化層主 要是TiO廣金紅石。
實(shí)施例2:使用脈沖氧氣流的TPO，讓等離子體在惰性氣體中加熱，或 者惰性氣體和氮?dú)馍嵋砸种祈敳康难趸瘜?br> 為了顯示這種脈沖/等離子體加熱條件的效果，對(duì)退火后表面硬度為 384 士20HKu，表面粗糙度Ra=0. 040 ± 0. 007 jum的Ti-6A1-4V試驗(yàn)盤(pán)，在 7 00。C下進(jìn)行了四輪試驗(yàn)。每一輪試驗(yàn)放電的參數(shù)(工件和電阻絲的偏電壓、 電流密度)都設(shè)定得與實(shí)施例1中的相同(分別為-200V, - 200V和1. 5mA /cm2)。在TPO過(guò)程中的總壓力為0. 4Pa，其中的氬氣和氧氣的分壓分別為 0. 28和0. 12 Pa。與實(shí)施例1中所說(shuō)明的一樣，在進(jìn)行脈沖TPO之前，也 進(jìn)行了飛濺清理和等離子體加熱。本實(shí)施例中的氧氣流不是在整個(gè)處理過(guò) 程中保持恒定不變，而是作周期性脈沖式的，但，氬氣流則保持恒定不變。 這種脈沖式TPO處理延續(xù)的時(shí)間為165分鐘。然后，在TPO之后，立即在 700。C下完成75分鐘的等離子體加熱步驟。
類(lèi)似于TPO，等離子體加熱可以在總壓力為0. OPa的范圍內(nèi)實(shí)施， 較好的是是0.4Pa。在等離子體加熱過(guò)程中，工件的偏電壓可在-100~ -IOOOV范圍內(nèi)變化，較好的是為-200V，以盡量減小表面的粗糙度。電阻絲 加熱器的電流進(jìn)行周期性調(diào)整，以便在工件中保持恒定的電流密度。電流 密度應(yīng)該設(shè)定在0. 1 ~ 4. 0 mA / cm2的范圍內(nèi)，較好的是為1. 5 mA / cm2。 如果要在很低的電流密度下完成等離子體加熱，可能會(huì)需要若干輻射加熱 器來(lái)加熱到處理溫度。等離子體的加熱溫度和時(shí)間可以分別在400 ~ 850°C 和0. 1 ~ 100小時(shí)之間變化。
在本實(shí)施例中，等離子體加熱是在700。C和0. 4Pa的總壓力下，用排放 (1)氬氣或者(2)氬氣+氮?dú)鈦?lái)現(xiàn)的。在放氬氣和氮?dú)鈺r(shí)，上述氣體的 成分設(shè)定為30%的Ar + 70%的N2 (即，氬氣的分壓為0. 12Pa，氮?dú)獾姆謮簽?0. 28Pa )。
在等離子體加熱過(guò)程中，工件和電阻絲兩者都加電壓到-200V (與TPO 過(guò)程使用同樣的參數(shù))，并把電阻絲加熱器的電流調(diào)整到能提供1. 5mA / cm2的電流密度。
表1為每一輪處理給出了 TP0處理過(guò)程中的脈沖，和等離子體的各種 加熱條件。
表1綜合了以后接著進(jìn)行等離子體加熱的脈沖TP0處理過(guò)程中所使用
的脈沖的各種條件。還列出了在等離子體加熱過(guò)程中所使用的各種氣體混 合物。
表 1
TP0TP0TP0過(guò)程中的脈沖條件等離子體加熱等離子總的處理
輪時(shí)間過(guò)程中的氣體體力口熱時(shí)間長(zhǎng)度
次(分鐘)循環(huán)時(shí)間占空比率成份時(shí)間(分鐘)
(分鐘)(分鐘)
1165300. 50簡(jiǎn)Ar75240
2165300. 5030°/。Ar + 70%N275240
3165200. 25100°Mr75240
4165200. 2530%Ar+70%N275240
實(shí)施例3:三極等離子氧化后接著進(jìn)行噴鍍的覆層
如實(shí)施例2中所闡明的，后面接著進(jìn)行在一種惰性氣體或者惰性氣體 與氮?dú)庵械牡入x子體加熱步驟的脈沖TPO的排放物，能夠產(chǎn)生若干具有氧 氣擴(kuò)散區(qū)的TPO層，而沒(méi)有任何頂部氧化層。如果物體要用若干類(lèi)型的PVD 或者CVD薄膜(例如，氮化物、碳化物和碳氮化物)來(lái)覆蓋時(shí)，就很可能 需要這種結(jié)構(gòu)，因?yàn)楫?dāng)在這種類(lèi)型的薄膜附著在被氧化了的基材上時(shí)(即， 在它們的表面上有很薄的氧化層)，就會(huì)限制覆層的粘著力。
為了舉例說(shuō)明TPO和噴鍍的優(yōu)點(diǎn)，在被覆了 1. 6 jiim厚度的PVD TiN的 Ti-6A卜4V若干試樣上，進(jìn)行了四次脈沖TPO處理，然后再如實(shí)施例2中所 描述的那樣，在700。C溫度下進(jìn)行了總用時(shí)為240分鐘的等離子體加熱。這 種處理是在雙循環(huán)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的，因此，首先在一個(gè)反應(yīng)器里對(duì)試樣進(jìn)行 第一次TPO處理，然后，將其暴露在大氣中，再放置在一個(gè)PVD反應(yīng)器里， 進(jìn)行后續(xù)的TiN被覆。采用這些綜合處理措施，是期望提高這種經(jīng)過(guò)TiN 被覆，并經(jīng)過(guò)三極等離子氧化的Ti-6A1-4V元件的承載能力。這種經(jīng)過(guò)復(fù) 式處理的Ti-6A1-4V試樣應(yīng)該能承受很高的載荷而不致失效，因?yàn)殁伜辖?基片的彈性和塑性變形，被若干堅(jiān)硬的，深度達(dá)30~50|am的氧擴(kuò)散層大 大地減小了。
在加載速率為10 N /分鐘，嵌接速度為10mm /分鐘，而預(yù)加載荷為5 N 的條件下完成了刻痕愈合試驗(yàn)。刻痕試驗(yàn)的結(jié)果(圖13)顯示，當(dāng)TiN沉積在TPO層上而沒(méi)有頂部氧化層時(shí)(脈沖TP0輪次1、 2、 3和4),能承受 很高的臨界載荷。然而，Ti-6Al-4V上的TiN經(jīng)受過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的TP0 (即，恒定 的氧氣流)處理，它有一層頂部為T(mén)i02-金紅石氧化層(見(jiàn)實(shí)施例1)，在 5N的預(yù)載荷下沒(méi)有粘性。在未經(jīng)處理的Ti-6A1-4V上的TiN的首先的失效 方式就是粘性(請(qǐng)注意，沒(méi)有L。,值被記錄下來(lái))。很顯然，TPO上的TiN沒(méi) 有一種頂部氧化層(脈沖TPO輪次1、 2、 3和4),比它的非雙聯(lián)的對(duì)應(yīng)方 (被覆在'未經(jīng)處理的，Ti-6A1-4V合金上的TiN)的臨界載荷要大得多。 這種結(jié)果表明①當(dāng)把TiN覆層噴鍍?cè)趫?jiān)硬的(經(jīng)過(guò)TPO處理的)Ti-6A1-4V 上基材上而沒(méi)有頂部的氧化層時(shí)，能獲得更好的覆層/基材的粘結(jié)性；而 且，②沒(méi)有頂部氧化層的，在經(jīng)過(guò)TPO處理的Ti-6A1-4V上的TiN，比它 的在未經(jīng)處理的Ti-6A1-4V上的非雙聯(lián)的對(duì)應(yīng)方(在未經(jīng)處理的Ti-6A1-4V 上的TiN)，表現(xiàn)出更高的承載性能。
實(shí)施本發(fā)明方法的航空軸承元件，能比公知的航空軸承提供更優(yōu)越的 耐磨性能。因此，這種軸承比公知的航空軸承擁有更長(zhǎng)的壽命，并且在嚴(yán) 酷的使用條件下，在必須更換之前能使用更長(zhǎng)的時(shí)間。
當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)"具有"和各種與其類(lèi)似的 術(shù)語(yǔ)時(shí)，它的意思是包括所有特定的特征，步驟或其整體。這些術(shù)語(yǔ)不能 理解為排除還存在其它的特征、步驟或元件。
在以上的說(shuō)明書(shū)中，或者在權(quán)利要求書(shū)中或附圖中所公開(kāi)的特征，或 者以它們的特殊形式來(lái)表達(dá)，或者通過(guò)用以完成所公開(kāi)的功能的裝置的形 式來(lái)表達(dá)，或者用為達(dá)到所公開(kāi)的效果的方法或過(guò)程的適當(dāng)?shù)男问絹?lái)表達(dá)， 這些特征可以分開(kāi)來(lái)使用，或者以任何方式把這些特征組合起來(lái)，以各種 不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式 上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā) 明，任何熟悉本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利 用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所 作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種航空軸承元件，用有色金屬制成，其特征在于，這種元件在靠近其表面處有一個(gè)氧擴(kuò)散區(qū)，用以形成軸承的表面。
2、 如權(quán)利要求1所述的航空軸承元件，其特征在于，在該元件的表面上或表面內(nèi)還形成有一個(gè)氮擴(kuò)散區(qū)。
3、 如權(quán)利要求2所述的航空軸承元件，其特征在于，至少上述氮擴(kuò)散 區(qū)的 一部分，與至少上述氧擴(kuò)散區(qū)的 一部分互相填補(bǔ)空隙。
4、 如權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的航空軸承元件，其特征在 于，上述擴(kuò)散區(qū)的深度在21jum-100jam的范圍內(nèi)。
5、 如權(quán)利要求4所述的航空軸承元件，其特征在于，上述擴(kuò)散區(qū)的深 度在40 jam~ 70 jum的范圍內(nèi)。
6、 如權(quán)利要求5所述的航空軸承元件，其特征在于，上述擴(kuò)散區(qū)的深 度是6Gium。
7、 如權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述的航空軸承元件，其特征在 于，在上述表面上形成一層覆層，以形成軸承的表面。
8、 如權(quán)利要求7所述的航空軸承元件，其特征在于，上述覆層的深度 在0. 1 |um~ 50jum的范圍內(nèi)。
9、 如權(quán)利要求8所述的航空軸承元件，其特征在于，上述覆層的深度 在0. 1lam 25jLim的范圍內(nèi)。
10、 如權(quán)利要求8所述的航空軸承元件，其特征在于，上述覆層的深 度在2jam 4jam的范圍內(nèi)。
11、 如權(quán)利要求7至10中任一權(quán)利要求所述的航空軸承元件，其特征 在于，上述覆層包括一第 一覆層及在該第 一覆層上形成有一第二覆層。
12、 如權(quán)利要求11所述的航空軸承元件，其特征在于，上述第一覆層 的材料選擇能夠附著在該第一覆層之下相應(yīng)的擴(kuò)散區(qū)上的材料，上述第二 覆層的材料選擇能夠形成良好軸承表面的材料。
13、 如權(quán)利要求7至12中任一權(quán)利要求所述的航空軸承元件，其特征 在于，上述覆層由下列材料中的至少一種材料構(gòu)成氮化鈦、氮化鉻、碳 化鴒石墨、鈦鋁氮化物和鉻鋁氮化物。
14、 如權(quán)利要求12所述的航空軸承元件，其特征在于，上述第一覆層 的材料是鉻鋁氮化物，而上述第二覆層的材料是碳化鵠石墨。
15、 如權(quán)利要求7至14中任一權(quán)利要求所述的航空軸承元件，其特征 在于，上述覆層具有至少PVD覆層和CVD覆層中的一種覆層。
16、 如權(quán)利要求1至15中任一權(quán)利要求所述的航空軸承元件，其特征 在于，它的表面粗糙度在O.l 0.7Ra范圍內(nèi)。
17、 如權(quán)利要求1至16中任一權(quán)利要求所述的航空軸承元件，其特征 在于，它的表面粗糙度在0.2 -0.4Ra范圍內(nèi)。
18、 如權(quán)利要求1至17中任一權(quán)利要求所述的航空軸承元件，其特征 在于，它的表面粗糙度在0.25 - 0.35 Ra范圍內(nèi)。
19、 如權(quán)利要求1至18中任一權(quán)利要求所述的航空軸承元件，其特征 在于，它的表面粗糙度是O. 3 Ra。
20、 如權(quán)利要求1至19中任一權(quán)利要求所述的航空軸承元件，其特征 在于，它具有大于400 HK的硬度。
21、 如權(quán)利要求1至20中任一權(quán)利要求所述的航空軸承元件，其特征 在于，它具有大于600 HK的硬度。
22、 如權(quán)利要求1至21中任一權(quán)利要求所述的航空軸承元件，其特征 在于，它具有大于800 HK的硬度。
23、 如權(quán)利要求1至23中任一權(quán)利要求所述的航空軸承元件，其特征 在于，它具有航空軸承軸承套。
24、 如權(quán)利要求1至22中任一權(quán)利要求所述的航空軸承元件，其特征 在于，它具有航空軸承滾珠。
25、 一種航空軸承，它具有軸承套和保持在該軸承套內(nèi)的滾珠，其特 征在于，上述軸承套和滾珠中至少其一由上述權(quán)利要求1至22中任一權(quán)利 要求所述的航空軸承元件構(gòu)成。
26、 一種軸承裝置，其特征在于，它具有至少兩個(gè)航空軸承元件，其 中之一航空軸承元件的表面與另一個(gè)航空軸承元件的表面接觸，這兩個(gè)航 空軸承元件分別由上述權(quán)利要求1至22中任一權(quán)利要求所述的航空軸承元 件構(gòu)成。
27、 如權(quán)利要求26所述的軸承裝置，其特征在于，其中的一個(gè)元件是 航空軸承的軸承套，而另一個(gè)元件是航空軸承的滾珠。
28、 一種按照前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求，并結(jié)合本說(shuō)明書(shū)及附圖所述的 航空軸承元件或軸承。
29、 本說(shuō)明書(shū)中描述任何新技術(shù)方案或其組合。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種航空軸承元件，一種基本上用有色金屬制成的航空軸承元件，這種元件在靠近其表面處有一個(gè)氧擴(kuò)散區(qū)，用以形成軸承的表面。本發(fā)明的航空軸承元件能承受較現(xiàn)有航空軸承更高的壓力。
文檔編號(hào)F16C33/04GK101539170SQ20091000959
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月20日
發(fā)明者喬納森·豪斯登, 保羅·雷蒙德·史密斯, 埃利奧特·艾希禮·菲爾丁·斯貝里, 朱尼亞·克里斯蒂娜·艾薇克拉·巴蒂斯塔·威爾遜, 艾倫·馬修斯, 艾德里安·利蘭 申請(qǐng)人:美蓓亞株式會(huì)社