金属基自润滑轴承新材料
金属基自润滑轴承新材料
１ 整体 烧 结
固体润滑剂粉末添加 到金属基体原料 中， 通 过压制成形、 结成 的复合材料 ， 烧 来制作 自润滑
轴承 。 Ｊ
１ １ 铁 基 ．
石墨， ５ ｏ２ Ｗ ２ ２— Ｍ Ｓ或 Ｓ 中任一种， 其余为 Ｆ 。 ｅ 均质 自润滑滑动轴承孔隙在基体 中呈均匀分
布。国内某大学研制 的梯度 自润滑轴 承的 Ｆ 基 ｅ 体中添加的 Ｐ ｂ 也是 固体 润滑剂 ， 生成 的 Ｃ ： Ｏ 气体 将 留下孔 隙 ， ＰＣ ， ｂ Ｏ 含量不同孔隙率也就不同， 轴承的支承面为 １０ ０ ％金属 ， 孔隙率最小 ， 而强度最大 ， 摩擦面上为
１０ ｂ Ｏ ， ０ ％Ｐ Ｃ 孔隙率最大 ， 可储存更多 的润滑剂。 梯度 自润 滑 轴 承 的 极 限 值 提 高 到 ４ ０ ．
Ｍ ａ ｍ ｓ使用寿命提高 ２ Ｐ ・ ／， 倍多。
在高温、 高速、 重载和高粉尘等工作环境 ， 以 废钢资源和价格明显低的铬 一铁中间相合金为原 料的一种轴承合金 （ Ｎ ６４ ４Ａ） Ｃ Ｉ４ ７９ 的成分为 ０ ０ ．１
ｂｓｄ Ｃ ｂｓｄ Ｚ —ｂｓｄ Ｔ —ｂｓｄ Ｔ ｅｐｏｌ ｓｉ ｔｉ ｆｌ ｒ ａ ｚｄａｄｓｇｅｔ ｎ ｌ ｇ ｅ． ａｅ ， ｕ— ａｅ ， ｎ ａｅ ， ｉ ａｅ ． ｈ ｒ ｅ ｓｉ ｄａｅａ ｌ ｅ ｎ ｇｓｏｓａｅｉ ｎ ｂ ｍ ｎ ｈ ｅ ｎｙ ｕ ｉ ｖ
Ｋｅ ｒ ｓ ｅｆ ｙ ｗｏ ｄ ：ｓ ｌ —ｈｂ ｅ ｔ ｇ ｉ ｒ ａｉ ；ｍａｅ ａｓ ｎ ｔｒ ｌ ；ｍｅａ —ｂ ｓ ｄ ｉ ｔｌ ａｅ
添加少许润滑剂或完全没有润滑剂， 自身具 有 自润滑性 能的轴 承叫做 自润滑 轴承。由于经 济、 环境及技术等原因， 机械强度高和摩擦学性能
自润滑轴承
工艺与原理
工艺与原理
特殊生产工艺
由于特殊生产工艺的要求，工矿企业的某些关键设备在极为恶劣的工况下运行。由于设备重、环境温度高， 粉尘大或空气中含酸性腐蚀气体CO，SO2等，对设备的润滑带来很多问题，摩擦磨损严重，国内上述企业大部分 仍沿用传统的油、脂润滑，而事实上这些工矿条件已超出了油、脂润滑的范围，极易发生轴承及其他摩擦副的咬 伤或咬死，引起严重的零件磨损和损坏，经常性地导致设备停运。
自润滑轴承
机械用器件
目录
01 基本信息
03 工艺与原理
ห้องสมุดไป่ตู้02 优势
基本信息
SF-1通用型钢基无给油自润滑轴承1无油润滑或少油润滑，可在使用时不保养或少保养。2耐磨性能好，摩擦 系数小，使用寿命长。3有适量的弹塑性，能将应力分布在较宽的接触面上，提高轴承的承载能力。4静动摩擦系 数相近，从而保证机械的工作精度。5能使机械减少振动，降低噪音，防止污染，改善劳动条件。6在运转过程中 能形成转移膜，起到保护对磨轴的作用。7对于磨轴的硬度要求低，从而降低了相关零件的加工难度。8薄壁结构， 质量轻，可减小机械体积。9钢背面可电镀多种金属，可在腐蚀介质中使用；已广泛应用于各种机械的滑动部位。
基本信息
基本信息
自润滑轴承自润滑轴承分为复合材料自润滑轴承，固体镶嵌自润滑轴承，双金属材料自润滑轴承，特殊材料 自润滑轴承，按照不同用途和工况，选用不同的自润滑轴承。
其中一个大类固体镶嵌自润滑轴承(简称JDB)是一种兼有金属轴承特点和无油润滑轴承特点的新颖润滑轴承， 由金属基体承受载荷，特殊配方的固体润滑材料起润滑作用。
为了生产连续运行，除在原始设计上要求安装多台设备轮修外，还须投入大量维修人员。严重地限制着生产 率的提高，备品备件和能源消耗极大，已成为发展生产的重要障碍。汽车制造、水泥生产、石油化工等企业都提 出了提供复杂工况条件下特种润滑材料要求。
无油衬套的介绍及使用
无油衬套的介绍及使用无油衬套：又称为自润滑轴承，是一种兼有金属轴承特点和无油润滑轴承特点的新颖润滑轴承，由金属基本承受载荷，特殊配方的固体润滑材料气润滑作用，呀酒瓯承载能力强高、耐冲击、耐高温、自润滑能力强等特点，特别适用于重在，低速，往复或摆动等难以润滑和形成油膜的场合，也不怕水冲和其他酸液的侵蚀和冲刷。
无油衬套的主要材质：一、高力黄铜：高力黄铜应用非常广泛，经铸造制作成轴瓦和衬套，国内现在主要以高力黄铜为基体制作的固体润滑无油轴承（简称无油轴承），是采用高力高强度黄铜为基体，并径向嵌入排列有序的圆柱状高分子填充物为磨擦材料（一般为石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯、机油等润滑剂），其优越性主要在于其使铜合金和非金属减磨材料有了各自互补优点，既具有很高的承载能力，又突破一般轴承依靠油膜油脂润滑的界限，实现了无油润滑，嵌入的固体润滑易形成润滑膜，对其摩擦磨损性能起到了很大的改善作用，稳定可靠性价比高。
高力黄铜无油衬套产品分类：1.直柱型，分为厚壁型、薄壁型，厚壁型厚度4mm，薄壁型：2mm2.带肩型，防脱落带肩型，分为厚壁、薄壁，公差：内E7、外r6。
3.法兰型，分为圆法兰、方法兰、对边法兰，内径公差可选：F7、G6，外径公差只有：h7。
4.法兰引导型，有效的保证反侧的空间。
5.止推型，分为标准型、锥空型、沉空型6.方形无油衬套固定座组件7.垫片、滑板二、锡青铜：以锡为主要合金元素的青铜。
含锡量一般在3～14%之间，主要用于制作弹性元件和耐磨零件。
具有较高的力学性能、减磨性能和耐蚀性，易切削加工，钎焊和焊接性能好，收缩系数小，无磁性。
较高的强度、耐蚀性和优良的铸造性能，长期以来广泛应用于各工业部门中。
锡青铜在电气、电子工业中应用最广、用量最大，占总消费量一半以上。
用于各种电缆和导线，电机和变压器的这种，开关以及印刷线路板在机械和运输车辆制造中，用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。
自润滑滑动轴承及应用
自润滑滑动轴承及应用自润滑滑动轴承是一种利用自身润滑剂形成润滑膜的轴承，它不需要外部润滑剂，主要应用于高温、高速、高负荷、易于起火或不易维护的工作环境中。
自润滑滑动轴承具有较高的工作效率、长寿命和可靠性，并且成本相对较低，广泛应用于机械设备、航空航天、冶金等领域。
自润滑滑动轴承的基本工作原理是通过轴承材料中的固体润滑剂形成润滑膜来减少摩擦。
常见的自润滑材料有涂层类材料、复合材料和自润滑金属材料。
涂层类材料是将含有固体润滑剂的薄膜涂覆在轴承表面，通过摩擦和压力作用下，涂层中的润滑剂会释放出来形成润滑膜。
复合材料则是将固体润滑剂混合进轴承基体中，通过共挤和烧结等工艺形成整体的材料结构，固体润滑剂会在摩擦接触面上形成润滑膜。
自润滑金属材料是指将不锈钢、铜、铁等金属材料中加入固体润滑剂粉末，通过特殊加工工艺形成内部自润滑结构。
自润滑滑动轴承具有以下几个主要优点。
首先，它能够在高温环境下工作，因为自润滑材料通常具有较高的熔点和热稳定性。
其次，在高速运行的设备中，自润滑轴承能够有效降低摩擦、减少能量损耗，提高轴承的工作效率。
再次，在高负荷的工作环境中，自润滑滑动轴承能够有效减少摩擦磨损、延长轴承的使用寿命。
此外，自润滑滑动轴承也可以应用于一些特殊工作环境，例如易于起火的场合，因为它不需要外部润滑剂，避免了润滑剂可能引起的起火风险。
此外，自润滑滑动轴承还具有良好的耐腐蚀性和低噪音特性。
自润滑滑动轴承在机械设备中的应用十分广泛。
首先，它被广泛应用于高温环境下的设备，例如石油、化工、冶金等行业的高温炉窑、高温风机等设备中。
其次，自润滑滑动轴承也常常应用于高速设备，例如高速电机、高速传动装置等。
另外，自润滑滑动轴承还被广泛应用于重载设备，例如大型机械、起重机、冶金轧机等。
此外，自润滑滑动轴承也可以应用于一些无润滑条件或难以进行维护的设备，例如铁路车辆、发电设备等。
总的来说，自润滑滑动轴承是一种十分重要的轴承类型，它利用自身的润滑剂形成润滑膜，具有高温、高速、高负荷、易燃和维护困难等特点。
轴承套的材料
轴承套的材料轴承套作为机械设备中重要的零部件，其材料选择直接影响着设备的使用寿命和性能。
在工程设计中，轴承套的材料选择需考虑到承受的载荷、工作环境、摩擦系数等因素，以确保轴承套能够正常工作并具备良好的耐磨性和耐腐蚀性。
本文将就轴承套的材料进行详细介绍，以便工程师和设计者在实际应用中能够做出正确的选择。
1. 铜合金。
铜合金是一种常见的轴承套材料，其优点在于良好的导热性和耐磨性，适用于高速旋转和高负荷的工作条件。
铜合金通常添加了锌、铝、锡等元素，以提高其硬度和耐腐蚀性。
在一些要求较高的场合，还可以通过表面处理提高其耐磨性和耐蚀性。
2. 铝合金。
铝合金轴承套具有重量轻、导热性好的特点，适用于高速旋转和低负荷的工作条件。
铝合金轴承套通常采用硬质阳极氧化处理，以提高其表面硬度和耐磨性。
但是，铝合金轴承套的耐腐蚀性较差，不适用于腐蚀性环境。
3. 聚合物。
聚合物轴承套主要包括尼龙、聚四氟乙烯（PTFE）等材料。
聚合物轴承套具有自润滑性能，摩擦系数低，适用于高速旋转和低负荷的工作条件。
此外，聚合物轴承套还具有良好的耐腐蚀性和吸振性能，适用于一些特殊环境和要求较高的场合。
4. 钢。
钢轴承套通常采用碳钢、合金钢等材料，具有良好的强度和硬度，适用于高负荷和高速旋转的工作条件。
钢轴承套的表面通常进行硬化处理，以提高其耐磨性和耐腐蚀性。
但是，钢轴承套的导热性较差，不适用于要求较高导热性能的场合。
5. 复合材料。
复合材料轴承套是近年来发展起来的一种新型材料，通常由金属基体和聚合物基体复合而成。
复合材料轴承套综合了金属和聚合物的优点，具有良好的导热性、耐磨性和耐腐蚀性，适用于各种工作条件。
此外，复合材料轴承套还具有良好的自润滑性能，能够减少润滑剂的使用，降低维护成本。
综上所述，轴承套的材料选择需根据具体的工作条件和要求来进行合理的选择。
不同的材料具有各自的优缺点，工程师和设计者应根据实际情况进行综合考虑，以确保轴承套能够正常工作并具备良好的性能。
金属基自润滑复合材料固体润滑剂研究进展
第47卷第5期燕山大学学报Vol.47No.52023年9月Journal of Yanshan UniversitySept.2023㊀㊀文章编号:1007-791X (2023)05-0398-13金属基自润滑复合材料固体润滑剂研究进展邹㊀芹1,2,王㊀鹏1,徐江波1,李艳国2,∗(1.燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004;2.燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室,河北秦皇岛066004)㊀㊀收稿日期:2022-05-25㊀㊀㊀责任编辑:唐学庆基金项目:丹凤朝阳人才支持计划(丹人才办[2019]3号);河北省高等学校科学研究重点项目(ZD2021099)㊀㊀作者简介:邹芹(1978-),女,安徽淮北人,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为超硬及特种陶瓷材料㊁摩擦磨损;∗通信作者:李艳国(1978-),男,河北唐山人,博士,副研究员,主要研究方向为金属基复合材料,Email:lyg@㊂摘㊀要:固体润滑剂在金属基自润滑复合材料中的应用正在迅速增加,特别是在极端环境(高温㊁高负载等)条件下工作的耐磨材料㊂目前,金属基自润滑复合材料中常使用的固体润滑剂主要有无机层状固体润滑剂㊁金属及其化合物㊁MAX 金属陶瓷㊁有机物固体润滑剂㊁碳纳米材料固体润滑剂㊁多元复合固体润滑剂等,其种类很多,且各自有其适用的环境和基体㊂根据基体材料以及工况环境选择相匹配的固体润滑剂,可以保证金属基自润滑复合材料具有良好的减摩耐磨效果㊂针对上述内容,本文综述了金属基自润滑复合材料采用的固体润滑剂种类㊁基本性质㊁优缺点㊁润滑机理,总结了固体润滑剂的适用温度及其在金属基自润滑复合材料中的应用情况,并对金属基自润滑复合材料固体润滑剂的发展趋势进行了展望㊂关键词:金属基自润滑复合材料;固体润滑剂;润滑机理;研究进展;展望中图分类号:TB331㊀㊀文献标识码:A㊀㊀DOI :10.3969/j.issn.1007-791X.2023.05.0030㊀引言固体润滑剂[1]是金属基自润滑复合材料的重要组成部分,在金属基自润滑复合材料中的应用具有很长的历史㊂早在19世纪初期[2-3],石墨和Pb 已经作为润滑剂用于低速运转的机器上㊂20世纪30年代,添加固体润滑剂的铁基自润滑轴承在德国出现㊂20世纪60年代,添加MoS 2的金属基自润滑复合材料逐渐产生,并对超音速飞机的问世起到了重要的推动作用[4]㊂到目前为止,由于固体润滑剂可在一些特殊工况下(见表1)起润滑作用,这对高新技术的发展起到了重要的推动作用[5]㊂金属基自润滑复合材料固体润滑剂种类很多,包括无机层状固体润滑剂㊁金属及其化合物㊁MAX 金属陶瓷㊁有机物固体润滑剂㊁多元复合固体润滑剂等,其各有优缺点,且仍处于不断发展阶段㊂表1㊀固体润滑剂的适用场景Tab.1㊀Applicable scenaries of solid lubricants适用场景具体应用高负载滑动场景重型机械中的摩擦部件高温环境下磨损场景航空航天发动机㊁导弹燃油泵等摩擦部件强辐射环境下摩擦场景核电站㊁卫星等设备上的裸露活动部件强腐蚀性介质中摩擦场景化学反应器轴承,压缩机螺丝等部件摩擦接触表面导电场景电刷㊁受电弓滑板等灰尘或碎片环境中工作场景矿山机械和织机机械中的摩擦部件需要保证清洁的摩擦场景食品机械㊁纺织机械等摩擦部件微颤环境下的摩擦场景汽车和飞机上的摩擦部件1㊀无机层状固体润滑剂1.1㊀石墨石墨价格低廉,在潮湿环境中由于水的氢离第5期邹㊀芹等㊀金属基自润滑复合材料固体润滑剂研究进展399㊀子和氢氧根离子的饱和导致层间范德华键减弱,从而促进了层间分裂,在金属表面形成一层具有减摩作用的润滑膜[6],使得其可在潮湿环境提供有效润滑㊂目前,石墨作为金属基自润滑复合材料固体润滑剂的研究主要集中在改善不同钢种在不同工业应用中的摩擦磨损性能上,而制备时石墨与部分金属基体(Cu㊁Al等)润湿性较差,导致两者界面结合变差,影响复合材料的力学性能以及摩擦学性能,另外使用过程中产生的高温会导致石墨氧化和烧蚀,严重影响润滑效果[6-8]㊂对石墨进行金属化改性,如采用金属(Ni㊁Cu等)包覆石墨的办法,能有效改善石墨与基体的界面结合,同时防止石墨氧化和腐蚀,改善石墨高温润滑效果,从而提高复合材料摩擦学性能,扩大使用范围㊂张鑫等[9]采用Cu包覆石墨制备了Cu基粉末冶金摩擦材料,其材料表面形成的摩擦膜主要为氧化膜,而采用普通石墨时,由于材料表面较多的石墨会抑制氧化反应,会形成石墨膜,其对材料表面的保护效果不及氧化膜㊂但相对于原基体,两种材料摩擦性能均有明显提高㊂Zhao等[10]证明了石墨与青铜无法充分润湿,而加入Ni或Cu包覆石墨的复合材料可以明显提高石墨与基体的结合性,Ni包覆石墨青铜基材料具有更稳定的摩擦系数㊁更低的磨损率㊁更高的维氏硬度,包覆石墨的Ni也可以提高复合材料的耐蚀性㊂牛志鹏等[11]发现加入镀Ni石墨可以降低石墨与Al的润湿角,提高基体的力学性能,降低复合材料的摩擦系数和磨损率,使金相组织变得更加致密㊂但石墨表面光滑且亲水性差,难以实现完全包覆㊂罗虞霞等[12]发现,采用机械化整形处理石墨表面,可以获得更为完整的Ni包覆层㊂冀国娟等[13]发现,在石墨表面进行微氧化以及在化学包覆反应溶液中加入醇类表面活性剂,均可提高包覆率㊂综上,采用金属包覆石墨作为固体润滑剂可显著提高其高温润滑特性㊂然而,石墨表面包覆金属层的完整性是决定其润滑性能的关键因素㊂故进一步提高石墨表面包覆金属层的完整性以及连续性将继续成为研究的重点㊂1.2㊀BNBN导电性能强㊁热稳定性高,在大气环境中适用温度为500~800ħ,是高温自润滑材料的优良润滑剂㊂其润滑机理为[14-15]:高于500ħ时,BN 会在摩擦过程中剥落而转移到摩擦表面形成润滑膜,起减摩作用㊂蒋冰玉等[16]以Ni-Cr合金为基体材料,BN为固体润滑剂,制备出燃气轮机中减摩耐磨用的高温自润滑复合材料㊂目前,尽管BN 是一种人们熟知的高温固体润滑剂,但由于其存在有效性差㊁不可润湿等问题,使得人们对于BN 单独应用在金属基自润滑复合材料上的报道较少,其常与其他固体润滑剂协同润滑[17]㊂2㊀金属及其化合物2.1㊀金属常见的金属固体润滑剂有Pb㊁Al㊁Ag㊁Au㊁Sn㊁Bi㊁In等,其具有纯度高㊁原料易得㊁低温环境不会丧失润滑性能等优点㊂金属固体润滑剂在强辐射㊁真空㊁低温等极端工作条件非常适合作为金属基自润滑复合材料的固体润滑剂使用,常与Cu㊁Al㊁TiAl等金属基体组成复合材料㊂其润滑机理为:在摩擦热的作用下,由于热膨胀系数不同,金属逐渐从基体内扩散到摩擦表面形成润滑膜,起减摩作用,但其适用环境受温度限制严重㊂Yao等[18]发现,在200ħ时,Ag在剪切应力作用下扩散到摩擦表面,起减摩耐磨作用㊂但在600ħ时Ag完全失去润滑作用(图1)㊂Dong 等[19]发现,Cu-24Pb-x Sn合金的自润滑性能和力学性能随Sn含量的增加而增加,Pb含量的增加有效地削弱了以摩擦系数变化为特征的粘滑现象㊂李聪敏等[20]以Al-Cu-Mg合金为基体,添加低熔点组元Bi后合金抗咬合能力明显提升,发现带状富Bi 相涂覆在磨损表面,起到减摩自润滑作用㊂金属在强辐射㊁真空㊁低温等极端环境仍具有润滑特性,但是也存在着一些缺点,如:Pb本身有毒,对人体和环境都有危害,Ag㊁Au㊁In等金属作为固体润滑剂时成本太高;金属在空气中暴露的时间过长时,易发生氧化反应,影响润滑效果㊂2.2㊀金属氧化物常见的金属氧化物固体润滑剂有PbO㊁CuO㊁MoO3㊁SnO㊁ZnO等㊂金属氧化物是最早应用的高温固体润滑剂,常与Fe㊁Ni㊁NiAl等金属基体组成复合材料㊂由于金属氧化物具有较低的剪切强度,可有效避免摩400㊀燕山大学学报2023擦过程中的咬合现象㊂Peterson 等[21]考察了大量氧化物的高温摩擦学特性,发现PbO 等少数氧化物可实现较宽温度范围内的有效润滑㊂但是,由于PbO 危害环境,国外已限制其应用㊂Zhu 等[22]通过PM 制备了添加氧化物(ZnO /CuO)的NiAl-C-Mo 自润滑材料,发现氧化物在低温时几乎不起减摩作用㊂但当温度达到600ħ时,磨损表面形成了ZnO㊁CuO 和MoO 3层,表现出了良好的减摩耐磨效果㊂结果表明,金属氧化物在高温时润滑效果显著㊂但是,目前关于二组元氧化物的润滑机理还未得到统一㊂图1㊀TiAl 基自润滑复合材料磨损表面的微观结构演变示意图Fig.1㊀Schematic diagram of microstructure evolution of wear surface of TiAl based self-lubricating composite2.3㊀金属氟化物常见的金属氟化物固体润滑剂有CaF 2㊁BaF 2㊁LaF 3等㊂金属氟化物热稳定性良好,从500ħ到1000ħ的温度范围都能起到良好的减摩耐磨作用,其原因主要为金属氟化物在500ħ时经历了由脆性到塑性的转变㊂Longson [23]发现,CaF 2和BaF 2具有良好润滑性的原因是其在摩擦过程中由脆性向塑性转变以及氟元素与金属表面发生化学反应的共同作用㊂尽管对CaF 2和BaF 2润滑机理进行了大量研究,但是对于其转移润滑机理的全面认识还有赖于进一步研究㊂综上,由于金属氟化物特殊的润滑机制导致其在低温时不提供润滑,故单独采用金属氟化物作为金属基自润滑复合材料固体润滑剂的报道很少,其多与石墨㊁Ag 等固体润滑剂复合使用,达到宽温度范围有效润滑的目的㊂2.4㊀金属硫化物常见的金属硫化物固体润滑剂有MoS 2㊁WS 2㊁FeS㊁CrS 等㊂MoS 2属于六方晶系,具有层状结构,常与Fe㊁Al㊁Ag 等金属基体组成复合材料㊂MoS 2在大气环境中适用温度可达350ħ,润滑机理与石墨相似,由于具有低摩擦㊁低接触电阻等优点,广泛用作航空㊁航天机构中的滑动电接触材料[24]㊂WS 2因其良好的热稳定性和抗氧化性而广泛应用于高温环境㊂研究表明[25-27],在大气环境中通过在金属基体中掺入MoS 2或WS 2颗粒可显著提高Ni [25]㊁Al [26]㊁Fe [27]等金属基复合材料的摩擦学性能,使其满足使用要求㊂但是,MoS 2和WS 2会因大气湿度高㊁氧气的存在以及高温而导致润滑性能降低㊂通过掺杂金属或无定形碳可以保护MoS 2边缘位置免受氧化,从而提高MoS 2和WS 2在潮湿或较高温度条件下的摩擦学性能㊂Rigato 等[28]发现在MoS 2层状结构中掺杂Ti 增加了MoS 2层间距离,从而改善了其摩擦学性能㊂此外,研究发现,在MoS 2层状结构中掺杂Ni [29]㊁Cu [30]等金属可提高复合材料在潮湿环境和真空条件下的摩擦磨损性能㊂FeS 与MoS 2相比,具有优异的耐高温特性,因其较疏松的鳞片状结构能储存润滑油,可进一步提升润滑性能㊂尹延国等[31]发现FeS /Cu 基复合材料在在干摩擦过程中,FeS 颗粒聚集在摩擦表面形成一层硫化物固体润滑膜,具有较好的减摩㊁抗粘着作用,在油润滑条件下,润滑油膜和FeS 固体润滑膜可以起协同润滑作用㊂Lu 等[32]采用NiCr /Cr 3C 2和WS 2粉末在Ti 6Al 4V 基体上激光熔覆制备了Ti 2SC /CrS 自润滑耐磨复合涂层,由于原位合第5期邹㊀芹等㊀金属基自润滑复合材料固体润滑剂研究进展401㊀成的自润滑Ti2SC和CrS的存在,自润滑抗磨复合涂层显示出比不添加WS2粉末的抗磨复合涂层更好的摩擦学性能㊂综上,MoS2和WS2在高温真空条件下具有优良的润滑特性,被认为高温真空条件下的首选固体润滑剂㊂在大气环境中,温度低于350ħ时,金属基-MoS2自润滑材料表现出优异的摩擦学性能㊂但是,MoS2在大气环境中高温时容易发生氧化[29-30],限制了其应用环境㊂故如何进一步提高MoS2在潮湿和较高温度条件下的摩擦学性能将继续成为研究的重点㊂2.5㊀金属硒化物常见的金属硒化物固体润滑剂有NbSe2㊂NbSe2导电性能优异,相对摩擦系数低,常与Ag㊁Cu[33-34]等金属基体组成复合材料,广泛应用于电接触领域㊂早在20世纪80年代,美国NASA便采用Ag-NbSe2自润滑材料来制作卫星上的电刷,并取得良好效果㊂Ag-NbSe2自润滑材料具有良好润滑性能的原因[33]为在摩擦热和变形挤压的共同作用下,部分NbSe2转移到摩擦表面,形成了NbSe2润滑膜,起减摩作用㊂孙建荣等[34]发现,高负载㊁真空条件下,添加纤维状NbSe2的Cu-石墨复合材料摩擦系数远低于原复合材料㊂因此, NbSe2常作为真空条件下的固体润滑剂使用㊂3㊀MAX金属陶瓷MAX金属陶瓷因为其原子结构和独特的化学键特性,使MAX金属陶瓷兼具金属和陶瓷的优点,如高硬度㊁高弹性模量,具有良好的抗氧化性㊁耐腐蚀性㊁导电导热性㊁辐照性能㊁高温机械和摩擦学性能等[35]㊂理论计算约有600余种能稳定存在的三元MAX金属陶瓷,如今可以通过实验合成80多种[36],如Ti3SiC2㊁Ti3AlC2㊁Ti2AlC㊁Ti2AlN㊁Ta2AlC等㊂目前,除Ti3SiC2和Ti3AlC2外,对于其他MAX金属陶瓷应用于金属基自润滑复合材料的研究鲜有报道㊂在材料基体中添加一定量的Ti3SiC2/Ti3AlC2颗粒润滑相能够显著提升金属基体的摩擦学性能㊂研究表明[37-39]不同温度下的微观结构以及反应产物对Ti3SiC2㊁Ti3AlC2的润滑性能有重要的影响㊂Zou等[38]用放电等离子烧结制备Ti3SiC2增强TiAl基复合材料,Ti3SiC2均匀分布在TiAl基质中,部分分解形成Ti5Si3和TiC,室温摩擦时复合材料表面形成Ti3SiC2润滑膜,550ħ摩擦时形成Fe-Ti-Al-Si-氧化物润滑膜,起润滑作用㊂朱咸勇等[39]发现,当试验温度低于400ħ在轻载条件下难以形成稳定氧化物润滑膜,其润滑特性主要依赖于特殊的层状形貌,而试验温度超过500ħ会促使材料表面形成氧化物润滑膜,起到减摩耐磨的作用㊂同时,MAX金属陶瓷添加量对复合材料摩擦学性能影响较为显著㊂陈海吉[40]使用放电等离子烧结制备Ti3AlC2/Cu复合材料,研究表明,随着Ti3AlC2添加量增加,复合材料摩擦磨损性能得到提高㊂研究发现当含量过高时会导致其致密度降低,影响摩擦学性能㊂烧结温度对MAX金属陶瓷自润滑复合材料性能也有重要影响㊂Zhou等人[41]发现烧结温度在900ħ以上时,在Cu和Ti3SiC2界面会形成Cu㊁TiC x㊁Ti3SiC2和Cu x Si y混合区从而提高系统的润湿性和耐磨性㊂综上,MAX金属陶瓷应用在摩擦材料的大多数情况下,由于摩擦过程中形成的氧化物润滑膜具有特殊的层状结构,使复合材料润滑效果更好㊂另外,表面改性以及较高的烧结温度可进一步提高其润滑效果㊂4㊀有机固体润滑剂除上述固体润滑剂外,还有一类性能优越㊁可用于极端环境(真空㊁强辐射)条件下的单一固体润滑剂-有机固体润滑剂㊂有机固体润滑剂种类很多,如聚四氟乙烯(PTFE)㊁三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)等,但较低的适用温度(-270~275ħ)限制了其在金属基复合材料中的应用㊂PTFE是所有聚合物中摩擦系数最低的[42]㊂其抗剪切强度较低,受剪切力时聚合物链脱开,可提供润滑作用㊂同时,由于含F外壳的存在,其抗咬合性优异,常采用电沉积法与Ni[43]㊁Fe[44]等金属基体组成复合材料㊂MCA润滑特性与MoS2相似,滑动面间极易受力断裂,提供润滑作用㊂Tang 等[43]发现,由于润滑转移层的存在,Ni-Co-PTFE 复合材料显示出良好的摩擦学性能(摩擦系数0.08)㊂Xiang等[44]则指出PTFE的低摩擦系数以及40Cr钢的高强度是40Cr钢-PTFE复合材料具有良好摩擦学性能的重要原因㊂但是PTFE的力402㊀燕山大学学报2023学性能较差,线膨胀系数大,故将PTFE用作固体润滑材料时通常要添加填充物对其进行改性或对金属基体进行阳极氧化处理[45]㊂魏羟等[46]用Pb 粉㊁石墨㊁玻璃纤维填充PTFE制成Cu基镶嵌型关节轴承材料,显示出较好的摩擦磨损性能㊂但李同生等[47]发现,与含铅PTFE镶嵌轴承相比,无铅PTFE镶嵌轴承在工作时所形成的润滑膜最为完整㊁均匀,耐磨性更好㊂同时,对金属基体进行阳极氧化处理改性可进一步提高PTFE与基体金属基体的附着性[45]㊂综上,添加填充物对PTFE进行改性或对金属基体进行阳极氧化处理可大大提高复合材料的机械和摩擦学性能㊂5㊀碳纳米材料固体润滑剂近年来,纳米技术的快速发展推动了金属基自润滑复合材料的开发,出现了新型碳纳米材料固体润滑剂,例如碳纳米管(CNTs)㊁石墨烯(GPLs)等㊂由于其尺寸小,容易进入摩擦接触区域,形成保护摩擦膜,产生自润滑效应㊂同时,界面以下的新型碳纳米材料还可以防止应力集中而引发的严重磨损㊂5.1㊀碳纳米管CNTs具有良好的润滑特性,被认为是金属基自润滑复合材料中石墨的替代品㊂在这方面,有相关报道称已经成功开发了用于汽车工业的CNTs-金属基自润滑复合材料[48]㊂Orowan环化机制以及CNTs与金属基体之间热膨胀失配所产生的位错在增强Al/Cu-CNTs复合材料中起着重要作用[49]㊂为达到预想的润滑效果,CNTs在基体中的均匀分布以及界面调控就显得尤为重要㊂对此,研究者们做了大量的工作㊂2004年,Noguchi等[50]开发了一种新方法制备复合材料,首先让CNTs均匀分布在弹性体基体内,然后用Al来置换弹性体基体,从而保证CNTs均匀分布在Al基体内㊂2019年,周川等[51]采用混酸处理㊁分子水平法结合行星球磨两步混合工艺成功制备出Cu-CNTs复合粉末㊂混酸处理将含O官能团成功引入CNTs表面,提高了CNTs与基体的界面结合㊂以上研究均表明,均匀分布的CNTs可显著提高材料的机械和摩擦学性能㊂5.2㊀石墨烯片GPLs是目前已知最薄㊁最硬㊁导电性能最好的材料,具有良好的润滑特性,同时,可以通过晶粒细化㊁位错强化和应力转移来提高复合材料强度[52]㊂在过去的十多年里,绝大多数报道均表明在基体中均匀分布且结合良好的GPLs能够明显改善金属基复合材料的摩擦学性能㊂但是,聚集状态的GPLs增强效果较差,与石墨薄片几乎无差别㊂研究表明[53-55],不同的因素(例如GPLs的类型㊁含量㊁基体材料㊁混料方法和球磨时间等)会显著影响GPLs在金属基体中的分散性㊂为了保证GPLs均匀地分散在基体中,部分研究者在粉体混合工艺中采用氧化石墨烯代替石墨烯,先得到均匀混合的氧化石墨烯/合金粉体,再通过氧化石墨烯的热还原性质得到高度均匀的还原石墨烯/合金粉体[56]㊂Bastwros等[53]则研究了球磨时间对GPLs增强Al基复合材料的影响㊂发现经过10 min球磨后的材料综合性能反而降低,而60min 球磨后GPLs均匀分散在到Al基体内,在摩擦学性能上,GPLs显示出了良好的增强效果㊂另一方面,化学镀和电化学沉积法制备金属包覆型碳纳米材料,也可以确保GPLs均匀地分散在基体中㊂李远军[55]通过化学镀将纳米铜颗粒负载于还原氧化石墨烯表面的方法来确保其在Cu基体上均匀分布㊂但研究表明,化学镀和电化学沉积法一般仅适用于Cu㊁Ni㊁Ag等电负性较低的金属基体㊂综上,碳纳米材料可显著提高材料摩擦学和机械性能㊂但是,CNTs严重团聚以及与基体结合不牢固会减弱增强效果,甚至导致材料失效㊁降低使用寿命,从而进一步增加制造成本,限制其在金属基自润滑复合材料上的广泛应用㊂这就对制造方法㊁材料尺寸大小以及空间分布提出来更为苛刻的要求,但是,由于弱的层间相互作用,碳纳米管㊁石墨烯在实现超滑方面有很大的潜力[57]㊂因此,目前研究者们对于碳纳米材料固体润滑增强金属基自润滑复合材料的研究也主要集中在这四方面:1)提高碳纳米材料在金属基复合材料中分散的均匀性;2)对碳纳米材料与金属形成的界面组织进行调控;3)掺杂其他固体润滑剂,进一步提高金属的减摩耐磨性能;4)微观尺度上,研第5期邹㊀芹等㊀金属基自润滑复合材料固体润滑剂研究进展403㊀究石墨烯对材料性能的作用机理㊂综上,单一固体润滑剂对使用环境具有选择性,无法实现宽温度范围(25~800ħ)以及多种环境下的有效润滑㊂常见单一固体润滑剂的性能及优缺点见表2[1-57]㊂表2㊀单一固体润滑剂性能及优缺点Tab.2㊀Performance and relative merits of single solid lubricant固体润滑剂适用温度/ħ摩擦系数μ优点存在的问题最新解决方法石墨-270~5500.05~0.3(大气中)廉价㊁减震性良好㊁可在潮湿环境提供有效润滑强度较低,仅在大气环境提供有效润滑对石墨粉末进行表面改性,如镍包覆石墨MoS2-270~3500.006~0.25(大气中)0.001~0.2(真空中)高温真空条件下稳定性优异大气环境易氧化失效掺杂金属或无定形碳BN500~8000.15~0.25(大气中)良好的高温固体润滑剂成本较高,低温润滑性差与低温固体润滑剂协同润滑Ag㊁Au-270~4000.08~0.2(大气中).0.08~0.15(真空中)导电性能优异在酸碱条件下无效,成本高与其他固体润滑剂协同润滑PbO200~6500.1~0.3(大气中)可实现宽温度范围有效润滑有毒物质,摩擦系数较高㊁且形成润滑膜易脱落已被其他固体润滑剂替代CaF2㊁BaF2㊁LaF3500~9000.2~0.4(大气中)可实现高温有效润滑低温润滑性差与低温固体润滑剂协同润滑MAX金属陶瓷400~8000.005(大气中)高温机械和摩擦学性能优异,导电性能良好与Fe等基体复合时,界面结合差,易脱落1)添加增强相;2)对Ti3SiC2㊁Ti3AlC2进行表面改性,如镀铜PTFE-270~2750.04~0.2(大气中)0.04~0.15(真空中)真空润滑性能优异,抗咬合性好300ħ以上失效,不耐高温㊁力学性能较差,线膨胀系数大1)添加填充物对PTFE进行改性;2)对金属基体进行阳极氧化处理碳纳米材料-270~5000.05~0.2(大气中)轻质,可显著提高复合材料机械学㊁摩擦学性能团聚以及界面结合严重影响润滑效果,生产成本高昂1)氧化石墨烯代替石墨烯;2)混酸处理;3)金属包覆碳纳米材料;4)掺杂其他固体润滑剂6㊀多元复合固体润滑剂早在20世纪60年代初,人们就已经发现,两种或者多种固体润滑剂混合使用时,由于不同固体润滑剂之间的协同作用,使得其润滑效果好于其中任何一种固体润滑剂单独作用㊂6.1㊀Ni基自润滑材料的多元复合固体润滑剂在过去的20年中,已经成功开发了一系列Ni 基的高温自润滑复合材料[58-62]㊂该类由Ni基体与固体润滑剂(Ag-BaF2/CaF2/LaF3-金属氧化物/无机盐)组成的自润滑复合材料,在很宽的温度范围(25~800ħ)和高强度(800ħ,500MPa的抗压强度)并存的情况下表现出优异的润滑性能(图2[59])㊂其良好的润滑特性(摩擦系数(0.23~ 0.34)和低磨损率(10-6~10-5mm3N-1m-1)解释为Ag㊁氟化物㊁无机盐的协同作用㊂当高于500ħ时,氟化物中的低共熔物从基体中逸出,发生由脆性到塑性的转变,可进一步提升润滑效果[60]㊂Zhen等[61]指出由于Ag膜的存在,真空环境中该类复合材料摩擦系数和磨损率均低于大气环境中的摩擦系数和磨损率,是一种很有潜力的航空㊁航天材料㊂此外Zhen等[62]的另一份研究表明,在Ag-BaF2-CaF2固体润滑剂的基础上再添质量分数为0.5%~1%的石墨可以使Ni基复合材料获得稳定的摩擦性能(摩擦系数(0.19~0.29)和磨损率(5.3ˑ10-6~2.3ˑ10-5mm3N-1m-1)㊂404㊀燕山大学学报2023图2㊀Ni 基自润滑复合材料的摩擦学性能Fig.2㊀Tribological properties of Ni basedself-lubricating composites6.2㊀Ni 3Al 基自润滑材料的多元复合固体润滑剂进一步研究表明[63-65],该类由Ni 3Al 基体与固体润滑剂(Ag-CaF 2-BaF 2)和增强材料(Cr,Mo 等金属元素)组成的自润滑复合材料,在从室温到1000ħ的宽温度范围内表现出低摩擦系数(μ<0.4)和低磨损率(10-6~10-4mm 3N -1m -1),且具有令人满意的机械性能(硬度>300HV,抗压强度>1000MP)㊂Zhu 等[65]采用热压烧结法制备的Ni 3Al-6.2BaF 2-3.8CaF 2-12.5Ag-20Cr 复合材料实现了室温到1000ħ的有效润滑(摩擦系数(0.24~0.37)和低磨损率(5.2ˑ10-5~2.3ˑ10-4mm 3N -1m -1))㊂Ni 3Al 基体良好的高温机械性能,Ag㊁氟化物㊁无机盐的协同润滑以及Cr 元素对基体的增强作用使得其可以实现更宽温度范围的有效润滑㊂与Ni 基自润滑复合材料相比,Ni 3Al 基自润滑复合材料则可实现更宽温度范围内的有效润滑,其润滑机理见图3[66]㊂6.3㊀TiAl 基自润滑材料的多元复合固体润滑剂近年来,由于航空㊁航天工业的需要,科研人员制备了一系列基于TiAl 基的高温自润滑复合材料[67-69]㊂该类由TiAl 基体与固体润滑剂(Ag-Ti 3SiC 2-BaF 2/CaF 2)组成的自润滑复合材料,具有硬度高(>500HV)㊁轻质(ρ<3.9g /cm 3)等优点㊂结果表明[66-68],Ag-Ti 3SiC 2-BaF 2-CaF 2润滑体系在宽温度范围内下具有良好的协同效应:低温时,银扩散到金属基体的摩擦表面形成了一层富Ag 的摩擦膜,高温时,由于BaF 2㊁CaF 2的挤压和Ti 的氧化,在摩擦表面形成了一层含氟化物和氧化物的摩擦膜㊂但是,从室温到800ħ的宽温度范围内其摩擦系数(μ>0.3)和磨损率(10-4mm 3N -1m -1)较高,摩擦学性能有待进一步提高㊂图3㊀宽温度范围内Ni 3Al 基自润滑复合材料的润滑机理Fig.3㊀Lubrication mechanism of Ni 3Al based self-lubricating composites in a wide temperature range㊀㊀综上,可得出:1)多元复合固体润滑剂的协同作用在宽温度范围内对改善复合材料的摩擦学性能起重要作用;2)选择高温机械性能优异的金属基体以及适当添加Cr㊁Mo 等金属元素可实现更宽温度范围的有效润滑;3)Ag 与氟化物/无机盐/MAX 金属陶瓷材料等高温固体润滑剂的组合具有极佳的协同润滑作用㊂6.4㊀Fe /Cu /Ag 等金属基自润滑材料的多元复合固体润滑剂㊀㊀人们对多元复合固体润滑剂对Fe [70-71]㊁Cu [72]㊁Ag [73]等金属基体性能影响也进行了大量研究㊂Li 等[71]发现以LaF 3和MoS 2作为润滑组元的Fe 基复合材料可显示出超低的摩擦系数(0.09),。
一种新型自润滑材料――对羟基苯甲酸聚酯
一种新型自润滑材料――对羟基苯甲酸聚酯近年来，随着工业化的进一步发展，润滑材料的需求量不断增加，特别是在摩擦、磨损、腐蚀等领域。
因此，开发一种新型自润滑材料就显得至关重要。
对羟基苯甲酸聚酯就是一种具有广泛应用前景的自润滑材料。
对羟基苯甲酸聚酯是以对羟基苯甲酸为单体，经酯化反应制得的聚合物。
其中的对羟基苯甲酸具有羧基和酚羟基，因此它不仅具有聚合反应的各种特性，同时它的酯键和酚羟基都是具有润滑性的表面活性团。
因此，对羟基苯甲酸聚酯可以作为一种新型自润滑材料广泛应用于各种机械和设备上。
研究表明，对羟基苯甲酸聚酯具有优异的摩擦性能和润滑性能。
它可以降低材料的摩擦系数和磨损率，延长材料的使用寿命。
同时，在高温和低温环境下，对羟基苯甲酸聚酯的润滑性能依然稳定，因此它可以适用于各种工况。
此外，对羟基苯甲酸聚酯还具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性。
它可以在强酸、强碱、高湿度等恶劣环境下工作，不受影响。
因此，对羟基苯甲酸聚酯不仅可以作为一种自润滑材料，同时还可以作为防腐涂料、密封涂料和水油分离材料等多种用途。
总之，对羟基苯甲酸聚酯是一种非常有前景的自润滑材料，它的应用前景非常广阔，适用于各种工业设备和机械。
未来我们需要在其制备方法、相关性能以及应用领域等方面继续深入开展研究，以满足不断增长的市场需求。
在对羟基苯甲酸聚酯的制备方面，目前主要采用酯化反应和缩聚反应等方法。
其中，酯化反应可以通过选择不同的酸酐和酚型单体，来控制聚合物分子量和结构，从而实现对材料性能的调控。
在对羟基苯甲酸聚酯的性能方面，目前研究发现其具有较好的耐磨损性、自润滑性、耐腐蚀性以及机械强度等性能。
此外，对羟基苯甲酸聚酯还具有高温稳定性和降解性能较好等特点。
根据对羟基苯甲酸聚酯的各种性能特点，其主要应用领域包括机械制造、润滑油、汽车制造、航空制造、建筑防水等领域。
特别是在机械制造领域，对羟基苯甲酸聚酯可以用于制造轴承、齿轮、减速器和其他机械零部件，以提高机器和设备的工作效率和使用寿命。
复合轴承材料
复合轴承材料
复合轴承材料是一种由金属基体和复合材料层组成的轴承材料，它具有高强度、耐磨损、耐腐蚀等优良性能，被广泛应用于机械设备、汽车、航空航天等领域。
本文将从复合轴承材料的组成、性能特点、应用领域等方面进行介绍。
首先，复合轴承材料的组成主要包括金属基体和复合材料层。
金属基体通常采
用铜、铝、铁等金属材料，具有良好的导热性和导电性，能够承受较大的载荷。
复合材料层则由树脂、纤维等材料复合而成，具有良好的耐磨损、耐腐蚀性能。
这种双层结构使得复合轴承材料既具备了金属材料的强度，又具有了复合材料的优异性能，能够满足各种复杂工况下的使用要求。
其次，复合轴承材料具有优良的性能特点。
首先，它具有高耐磨损性能，能够
在高速高负荷条件下保持良好的工作状态，延长使用寿命。
其次，复合轴承材料具有良好的自润滑性能，能够减少摩擦损失，提高工作效率。
此外，它还具有良好的耐腐蚀性能，能够在恶劣环境下长期稳定工作。
综合这些性能特点使得复合轴承材料在各种机械设备中得到广泛应用。
复合轴承材料在机械设备、汽车、航空航天等领域有着广泛的应用。
在机械设
备中，复合轴承材料能够承受高速高负荷的工作条件，保证设备的稳定运行。
在汽车领域，复合轴承材料能够减少摩擦损失，提高发动机效率，降低能耗。
在航空航天领域，复合轴承材料能够满足轻量化、高强度的要求，保证飞行器的安全可靠运行。
综上所述，复合轴承材料具有双层结构、优良的性能特点和广泛的应用领域，
是一种性能优越的轴承材料。
随着科技的不断进步，相信复合轴承材料将在未来得到更广泛的应用和发展。
轴承的原材料
轴承的原材料轴承是一种广泛应用于机械设备中的零部件，它能够减少摩擦、支撑机械轴和转子，并且在高速旋转时能够承受轴的重量。
轴承的性能直接取决于其原材料的选择，因此选择合适的原材料对于轴承的质量和寿命至关重要。
轴承的原材料主要包括金属材料、陶瓷材料和塑料材料。
金属材料是最常见的轴承原材料，主要包括钢、不锈钢和铝合金等。
钢是制造轴承的主要材料，其优点是硬度高、耐磨、耐腐蚀，适用于各种工作环境。
不锈钢轴承具有耐腐蚀性能，适用于潮湿、腐蚀性环境。
铝合金轴承重量轻，适用于需要减轻自重的场合。
陶瓷材料因其硬度高、耐磨损、耐高温的特点，逐渐在高速、高温、无润滑条件下的轴承应用中得到广泛应用。
塑料材料轴承因其自润滑、耐腐蚀、重量轻、低成本等优点，在一些特殊环境下也有应用。
选择轴承原材料时需要考虑工作条件、负荷、转速、温度等因素。
对于一些特殊工况，如高速、高温、腐蚀性、无润滑等环境，需要选择相应的特殊材料，确保轴承的正常工作。
另外，还需要考虑成本、加工性能、可焊性等因素，综合考虑选择最合适的原材料。
除了材料的选择外，轴承的制造工艺也对其性能有重要影响。
材料的热处理、表面处理、精密加工等工艺都会影响轴承的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
因此，在轴承制造过程中，需要严格控制工艺流程，确保轴承的质量和性能。
总的来说，轴承的原材料对于其性能和寿命有着至关重要的影响。
选择合适的原材料，并严格控制制造工艺，才能生产出质量可靠的轴承产品，满足不同工况下的需求。
希望本文的介绍能够对轴承原材料的选择和制造工艺有所帮助，使轴承在各种机械设备中发挥更好的作用。
镍合金基自润滑复合材料的研究
写一篇镍合金基自润滑复合材料的研究的报告，600字
本文旨在介绍镍合金基自润滑复合材料的研究。
镍合金基自润滑复合材料具有优良的力学性能、机械强度和耐磨性，因此在很多领域都有广泛的应用。
本文详细阐述了镍合金基自润滑复合材料的种类、结构及它们的性能特点和应用前景。
镍合金基自润滑复合材料是由一定量的镍粉末、一定量的金属润滑油或添加剂、一定量的热稳定剂、以及一定量的环状分散体组成的。
在高温下，由于零部件的热压实、润滑油改性及润滑剂的释放，镍粉末形成一种紧密的复合结构，从而赋予了其优良的力学性能。
在轴承表面，镍合金基自润滑复合材料具有极高的抗磨损性、耐腐蚀性和抗氧化性。
此外，由于具有抗冲击、抗拉力和抗
压痕等特性，因此可以使轴承在高速运转中达到良好的效率。
此外，它还具有隔热、隔噪等特性，可以减少机械音噪，改善使用环境。
镍合金基自润滑复合材料还可以应用于航空、船舶、军事领域。
由于具有耐磨性和优良的耐腐蚀性，可以有效降低运转中的摩擦系数，减少维护费用，提高机器运行效率。
综上所述，镍合金基自润滑复合材料具有优良的力学性能、耐磨性和抗腐蚀性，并且可以应用于航空、船舶、军事等领域，因此在加工、制造行业具有广泛的应用前景。
双金属自润滑轴承系列
双金属自润滑轴承系列FZB06产品主要特点：·概述及结构FZB06双金属自润滑材料是以低碳（冷轧）钢板、不锈钢板或青铜板为基体，以烧结含有固体润滑剂的铜合金为摩擦表面层的复合材料。
该材料具有承载能力高，减摩耐磨性好，使用温度、介质范围广，结构简单，尺寸紧凑等特点。
该产品已广泛应用于水利、水电、火电和冶金等行业。
2005年开始在国家重点工程龙滩、构皮滩等600MW以上巨型水轮机组导水机构应用，开创了国产自润滑轴承材料在巨型机组替代进口的先河。
该产品具有自主知识产权，相当于国外的DEVA-BM。
FZB06材料结构如图1。
图1 FZB06材料结构·FZB06系列双金属自润滑轴承型式说明·材料特性FZB06材料摩擦表层经烧结轧制，与基体可靠地结合在一起，同时达到很高密度，因此，该材料具有很高的承载能力，很好的耐磨性能；又由于固体润滑剂非常均匀地分布于摩擦表层，该材料的自润滑特性、减摩性也比较突出；FZB06材料还具有尺寸稳定，使用温度高、结构简单、尺寸紧凑等优点。
FZB06材料是一种新型的自润滑材料，与传统的三层复合材料比较，静载特性、无油脂润滑条件下的耐磨性能、使用温度、尺寸稳定性等更为优异。
与铜基镶嵌自润滑材料比较，FZB06材料更适合于在小角度摆动条件下工作。
另外，FZB06材料价格明显低于铜基镶嵌自润滑材料。
FZB06材料特性参数见表1，图2为磨损测试结果。
·轴承设计（1）轴承的选用FZB06材料轴承具有承载能力高、自润滑、减摩、耐磨等优点，以下工况条件应选用：——低速度、重载荷的各种运动状态下，润滑油膜无法形成或维持；——由于工作环境或机械结构限制，难以供油润滑；——高温或低温下工作，或环境温度变化范围大；——在腐蚀性介质中工作，如海水和其他化学液体或气体；——可在含有泥砂的水中工作；——需要频繁起动或高负荷下起动。
（2）工作压强设计计算轴承的工作压强按下式计算：式中Fmax—轴承承受的最大径向载荷（N）d—轴承直径（mm）L—轴承长度（mm）[P0]—轴承许用压强（MPa），一般可取[P0]= 80MPa。
聚四氟乙烯纤维钢背自润滑轴承
聚四氟乙烯纤维钢背自润滑轴承FZB09产品主要特点：·轴承结构FZB09聚四氟乙烯纤维钢背自润滑轴承的摩擦表面材料为聚四氟乙烯纤维的编制物，把这种编制物与钢基体通过结构胶粘接在一起制成自润滑材料，加工成各种形状的滑动轴承。
该编制物采用美国杜邦公司生产的聚四氟乙烯长丝和纺纶长丝为原料交织而成，其目的是确保聚四氟乙烯纤维与钢板的粘结。
聚四氟乙烯是一种性能优异的自润滑材料,其摩擦系数是现有固体材料中最小的一种。
但由于强度低所以耐磨性能很差。
目前多数采用填充纤维或其他填料来提高耐磨性,但效果很有限。
而聚四氟乙烯纤维具有高于纯聚四氟乙烯树脂15倍的抗拉强度，弥补了这方面的不足，耐磨性大大提高。
·轴承的特性1、可在完全无润滑的条件下工作2、高承载能力、可达210MPa；3、低摩擦系数，小至0.02；4、无“爬行”现象；5、不出现聚四氟乙烯树脂那样的冷流现象；6、抗冲击载荷能力强；7、抗腐蚀性好；8、使用温度范围-200℃～250℃；9、较高的耐磨性；10、具有良好的尺寸稳定性（如在水中无膨胀现象）；11、不导电、无磁性。
·性能指标·安装使用说明1、轴承外径与安装座孔的配合：H7/p7;2、轴承内孔与轴径的配合：H8/e7低负荷、转动、轴动H8/f7中等载荷、摆动、间歇转动3、对磨偶件：表面硬度要求HRC45-50，粗糙度Ra1.6μm以下;4、密封：如要在不洁环境中使用，建议使用密封，O型圈、毛毡等均可。
5、轴承可在下列介质中使用：海水、汽油、液压油、机油、煤油、润滑油、弱性酸、氨水、液氮、甲苯、洗涤液。
6、轴承的安装：a)一般来说，轴承安装前外表面应先涂一层机油；b)避免使用尖利的东西造成损伤（如螺丝刀、指甲等）；c)在安装之前要先确定一下轴的各边缘是否已进行过倒角加工。
倒角大小应如图2所示。
d)安装之前要保证纤维轴承的边缘没有损坏；e)直径大于50mm的纤维轴承应采用图3所示的带引导套的装配工具。
自润滑轴承
石墨的晶体结构 耐磨性好，层与层之间的距离比石墨大得多，更容易 在层间发生剪切。由于氟的引入，使它在高温、高速、 高负荷条件下的性能优于石墨或二硫化钼。
固体润滑材料的使用方法
◆ 制成整体零件 摩擦因数较低，成形加工性和化学稳定性好，电绝缘性优良，抗冲 击能力强的聚四氟乙烯、聚缩醛、聚甲醛、聚碳酸脂、聚酰胺等， 可以制成整体零部件。 ◆ 制成各种覆盖膜 通过物理方法将固体润滑剂施加到摩擦界面或表面，使之成为具有 一定自润滑性能的干膜。成膜的方法有：溅射、电泳沉积、等离子 喷镀、离子镀、电镀、黏结剂黏结、化学生成、挤压等。 ◆ 制成复合或组合材料 组合或复合的目的是要获得种性能更优越的新材料，即复合材料。 组合材料的物理、化学性质以及形状都不同。 ◆ 作为固体润滑粉末 将固体润滑粉末以适量添加到润滑油或润滑脂中，可提高润滑油脂 的承载能力及改善边界润滑状态。
类型
主要包括金属基、陶瓷基和聚合物基。
• 金属基包括粉末冶金整体烧结型 、镶嵌型和梯度型。粉末冶金 整体烧结型分为铁基、铜基、锌基、镍基；镶嵌型分为青铜基、 钢基和锌基等。
固体润滑材料的特性
足够的黏附力 固体润滑材料应该具有良好的成膜能力，能与摩擦表面形成牢 固的吸附膜，防止相对摩擦的表面之间产生严重的熔焊或物质转移。 较低的抗剪强度 抗剪强度较低时能够减小摩擦副的摩擦因数、功率损耗与温升， 且抗剪强度应不随温度变化而发生大的变化。
较高的承载能力 由于固体润滑剂往往在严酷工况与环境条件下使用
常用的固体润滑材料
二硫化钼 石墨
特点为：低摩擦特性、高承载能力、良好的热稳定性、 强的化学稳定性、抗辐照性、耐高真空性能。 在摩擦状态下，石墨能沿着晶体层间滑移，并沿着摩 擦方向定向。石墨与钢、铬和橡胶等的表面有良好的 黏附能力。
自润滑轴承材料-铸造青铜
自润滑轴承材料--铸造青铜铜是一种古老的金属,铜的发现与使用技术是我国古代文明的重要组成部分.出土最早的铸造铜刀,是中国4800年以前生产的.龙山文化时期,已能人工冶炼红铜和铜合金,并掌握了铸造、锻造和退火工艺。
本文主要介绍自润滑轴承基体材质中几种常用青铜的类型、成分和物理性能。
青铜是以Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Cd、Zr、Ag、Fe、Mg、Te等为主要合金元素的铜合金，可以分为加工青铜与铸造青铜两大类。
按合金元素名称可将青铜细分问锡青铜、铝青铜等。
在滑动轴承中既有用作主要基体材料的，也有作为减磨层覆盖在轴承摩擦面的。
一、基本类型1、锡青铜工业锡青铜除主要合金元素外，还含有一定量的P、Zn、Pb、Ni等。
锡青铜抗腐蚀与耐磨性强，力学性能与工艺性能相当好。
特点：1）、在液态时，Sn易与O形成SnO2，这是一种硬脆的化合物，因此因充分脱氧，以免形成SnO2，降低合金的力学性能。
2）、锡青铜在凝固时会产生严重的枝晶偏析，在压力加工之前须进行均匀化退火，但由于Sn在Cu中扩散缓慢，需经过多次的均匀化退火与交给你个才能完全消除这种偏析。
3）、锡青铜对过热气体不敏感，可焊接性能良好4）、锡青铜无磁性，无低温脆性，耐磨性和抗蚀性高，冲击时不产生火花。
合金元素及杂质对锡青铜的性能影响：在锡青铜中的Pb、P既可能是合金元素也可能是杂质元素，Zn则是一种合金元素，Sb、Si、Al、S、Fe、Bi等则是杂质元素。
磷的影响：磷是铜合金的有效脱氧剂，提高锡青铜的流动性，缺点是加大铸锭的逆偏析。
加工锡磷青铜是的磷含量一般不超过0.45%，因为磷含量大于0.5%时在637℃左右会发生共晶-包晶反应，易引起热脆。
合金的磷含量大于0.3%时，组织中会出现铜与铜的磷化物（Cu3P）组成的共晶体。
（例如：GB/T 2040中QSn6.5-0.1，）。
鋅的影响：鋅在锡青铜α相固溶体重的溶解难度大。
因此，Cu-Sn-Zn加工其它为单相α固溶体，Zn提高合金的流动性，缩小结晶温度区间，减轻逆偏析，而对起组织与性能无大的影响。
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0. 1~ 0. 25V, 0. 05 ~ 0. 15B, 0. 008 ~ 0. 08RE, ! 0. 3P, ! 0. 3N ,i ! 0. 3M n, 余为铁; 其中 C r/C 重量 比为 5. 5~ 10。
石墨和 M oS2等密度比较小的原料与金属粉末 通过粉末冶金工艺制备的自润滑材料在混料中易 偏析。一种轴承 材料 ( CN1775424A ) 的 成分为: 1 ~ 25N ,i 1~ 10Cu, 1~ 5M o, 1~ 7W, 1~ 12石墨, 1~ 5固体滑润 剂 ( M oS2、M oSe、W Se2、N bSe2、氟 化石 墨、T aS2、CuF2、M oO 3、PbO / SiO2、B2 O3 /PbS、BN 中 的一种或几种 ), 其余均为铁。其制法: CO 与金属 反应生成羰基金属化合物, 热离解成所需尺寸的 粉, 包覆在固 体润滑剂外表面, 再与 金属、合金粉 末混和, 通过冷等静压、真空 - 氢气烧结。该材料 可在重载、多尘、550 等恶劣工况下工作。 1. 2 铜基
刘形。 高硫合金钢用于高温时, 表面易被 氧化。用
于 350~ 800 的自润滑轴承材料 ( CN1818117A ) 的成分为: 2. 6~ 3. 3C, 0. 35~ 0. 49S, 0. 5~ 1. 0S,i
18~ 35C r, 0. 8~ 1. 5M o, 0. 8~ 1. 2Cu, 1. 5~ 5. 0A,l
收稿日期: 2006- 01- 04; 修回日期: 2007- 03- 07 作者简介: 刘 超锋 ( 1969- ) , 男, 郑 州人, 工学 硕 士, 副 教 授, 从事工程材料研究与试验。 E- ma i:l zhryng@ yahoo. com. cn。
17% , 可满足扩散自润滑轴承的要 求。一种电 火 花或热压烧结制造的可在 500 下工作的大尺寸 自润滑轴承材料的成分 ( 质量百分数, 下同 ) 为: 5 ~ 30青铜或 Cu中任一种, 2~ 5Co, 2. 0~ 7. 0M n, 1. 0~ 3. 0Cr, 3~ 6共晶磷铁 ( Fe3P 或 F e2 P ), 3~ 15 石墨, 2~ 5M oS2或 W S2中任一种, 其余为 F e。
ISSN 1000- 3762 轴承 2007年 5期 CN 41- 1148 /TH Bearing 2007, N o. 5
专题综述
36- 39
金属基自润滑轴承新材料
刘超锋1, 杨振如 2
( 1. 郑州轻工业学院 材料与化学工程学院, 郑州 450002; 2. 郑州财贸学校 , 郑州 450066)
个人电脑的 CPU 上的风扇转速可达 2 400~ 6 800 r /m in, 风扇用的铜锡合金轴承很小, 含油量 有限, 设置一个 黄油杯并注满黄油。黄油杯有 碍 于 CPU 的小型化; 计算机使用时, 油杯中的油耗尽 时会烧毁 CPU。一种 微型轴承 ( CN1419060A ) 的 制法: 9~ 15Sn, 4~ 6Cu, 2~ 5Pb, 2~ 5Sb, 0. 5~ 0. 8 F e, 0. 5~ 0. 8N ,i 67~ 82Zn 混匀, 取 50~ 80份; 再 取占重量 80~ 95的 PTFE 与 5~ 20的聚苯撑料混 合, 取 20~ 50份; 上述粉末混合、压制成形, 在 360 ~ 410 氮气氛炉中烧结 30 ~ 60 m in。该轴承运 行 700 h完好无损。 1. 4 镍基
提高发动机效率的涡轮增压技术的浮环轴承 要求在 6 000 ~ 12 000 r /m in 下自 润滑。含 9 ~ 11 Sn的铸造锡青铜轴承仅能在中低速下使用, 生 产需要多达 18 道工序, 材料利用率仅 有 30% ~ 35% 。而 CN /1266909A 将 82~ 88Cu、5~ 7Sn、5~ 7Zn、2~ 4Pb, 经熔炼混 匀后, 喷雾制 成小于 0. 15 mm 的粉末; 然后将 88 ~ 96 的铜基合金粉, 1 ~ 2 石墨粉和 2~ 4M oS2粉的固体润滑剂, 2~ 5N i粉和 1 ~ 3W 粉 混 合 8 ~ 12 h 后装 模, ( 3 ~ 5) ∀ 103 kg / cm2压制成形; 在 810~ 850 下, 通氢气烧结, 并保温 1. 5~ 3 h; 再送入真空浸油 4~ 6 h; 装入模 具, ( 3. 5~ 8) ∀ 103 kg / cm2精压, 经后续加工, 即可 得到增压器浮动轴承。其成材率可达 95% 。
兰州化物所固体润滑实验室以 N i作为基材, 分别以石墨、Ag、Sb、PbO、S iC 为固体润滑剂, 用真 空中频感应加热, 在 1 100~ 1 250 、10~ 25 MP a 下烧结成形, 可 以制成自润滑轴承。另一种用 电 火花烧结制成的自润滑轴承的第一组分由 N 、i Co 包覆润滑剂石墨、M oS2等; 第二组分由第四、五、六 副族金属的碳、氮化物与 N 、i Co、M o中的一种或两 种以上构成。
在高温、高速、重载和高粉尘等 工作环境, 以 废钢资源和价格明显低的铬 - 铁中间相合金为原 料的一种轴承合金 ( CN1644749A ) 的成分为 0. 01
~ 0. 06B, 0~ 0. 50C, 0. 10~ 0. 50S,i 5. 0~ 22C r, 2. 0
~ 6. 0N,i 2. 0~ 8. 0M o, 0~ 6. 0W, 0~ 1. 5Cu, 0. 6~ 5. 5S, 余 量 为 F e。 其采 用 中 频 感 应 熔 炼、铸 造
文章编号: 1000- 3762( 2007) 05- 0036- 04
M etal- based Self- lubricating Bearing M aterials
L IU Chao- feng1, YANG Zhen- ru2
( 1. Schoo l o fM ater ia ls and Chem ica l Eng ineer ing, Zheng zhou U n iversity o f L ight Industry, Zheng zhou 450002, Ch ina; 2. Zhengzhou Schoo l o f F inance and T rade, Zhengzhou 450066, Ch ina)
均质自润滑滑动轴承孔隙在基体中呈均匀分 布。国内某大学研制的梯度自 润滑轴承的 F e 基 体中添加的 P bCO3在烧结中受热分解生成的 PbO 也是固体 润滑 剂, 生成 的 CO 2气体将 留下 孔隙, PbCO3含量不同孔隙率也就不同, 轴承的支承面为 100% 金属, 孔隙率最小, 而强度最大, 摩擦面上为 100% PbCO3, 孔隙率最大, 可储存更多的润滑剂。 梯度 自 润 滑 轴 承 的 极 限 P v 值 提 高 到 4. 0 MP a m / s, 使用寿命提高 2倍多。
水环境中的 摩擦部 件常因 腐蚀 而加 速了 磨 损。一种用于水润滑的用粉末冶金热压烧结的自 润滑轴承材料 ( CN1782041A )的组成为 80~ 95N ,i 0~ 5M o, 0~ 5Co, 0~ 5T ,i 5~ 10S iC, 3~ 10石墨。
一种适合制做在大气环境中、室温至 600 温度范围内工作 的轻型热 机的自 润滑轴 承合 金 ( CN1611621A ) 的 成 分 为 0. 01 ~ 0. 05B, 0 ~ 0. 60C, 0. 10~ 0. 50S,i 0 ~ 15Co, 5. 0~ 20Fe, 5. 0~ 25Nb, 2. 0~ 9. 0M o, 2. 0~ 8. 0W, 0. 6~ 5. 5S, 余量 为 N ,i 采用中频感应熔炼、熔模铸造成形。
摘要: 对整体烧结型、镶嵌型金属 基自润滑轴承用复合材料 的最新 进展进 行了综 述。整体烧 结型分 为铁基、铜
基、锌基、镍基; 镶嵌型分为铁基、青铜基、锌基和钛基。指出金属基自润滑轴承用材料开发需要注意的问 题。
关键词: 自润滑轴承; 材料; 金属基
中图分类号: TH 133. 3; TB321
文献标志码: B
2 镶嵌型
在金属基体 ( 轴瓦 ) 上预 先加工 好孔洞或 沟 槽, 在其中嵌入固体润滑材料, 经特殊粘结及时效 处理, 二者结合成自润滑轴承。 2. 1 铁基
一种 镶 嵌 式 自 润 滑 空 气 环 轴 承
( CN1884862A ) 包括钢基轴壳、衬套, 轴壳内有 一
38
%轴承 & 2007. ∋ . 5
固体润滑剂粉末添加到金属基体原 料中, 通 过压制成形、烧 结成的 复合材 料, 来 制作自 润滑 轴承 [ 1] 。 1. 1 铁基
T iC /F e- C r- W - M o - V 混合 粉料中 加入 3% 的 T Hi 2造孔剂和以 A l2 O3为惰性弥散质点, 于 1 230 真空烧结出一种孔隙分布均匀, 且互相连 通 成网 络状 的金 属陶瓷 烧结 体 [ 2] , 显孔隙 度达
含铅锡青铜摩擦学特性 优良。然而, 铅属有 毒物。 Cu- Sn- Ag轴承合金、铝锡表面合金涂层 减摩性能好、抗咬合, 但不耐高温。一种无铅铜基 高温自润滑复合材料 ( CN1718795A ) 的成分为: N i + C + Sn+ Zn+ MX+ Fe+ Cu。其中的 MX 为 BN、
Si3 N4、S iC、A l2 O3、T iN、T iC 或 C r3 C2; 其中的 C 为石 墨和碳纤维。该材料能用于 300~ 500 范围的 轴承。另 一 种 铜 基 高 温 自 润 滑 复 合 材 料 ( CN1641237A )的成分为: 5~ 15N ,i 5~ 15C, 4~ 8Sn, 4~ 8Zn, 2~ 5Pb, 0. 5~ 3M o, 1~ 3Fe, 其余为 Cu。该 复合材料主要用于 200~ 500 范围的轴承。 1. 3 Zn基