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摘 要：金屬磨損自修復(fù)材料，是由一組天然礦石材料的超細(xì)粉體 構(gòu)成的，添加在潤滑脂（或油）中，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中，在摩擦表面金屬磨 損時(shí)產(chǎn)生的熱能作用下發(fā)生化學(xué)置換反應(yīng)，在滾動(dòng)體和滾道的摩擦表 面生成光潔度的鐵基硅酸鹽耐磨保護(hù)層（金屬陶瓷層），使軸承的使 用壽命獲得大幅度增 大。 自改革開放以來，我國 軸承工業(yè)的發(fā)展取得 了舉世矚目的成就。 中國軸承產(chǎn)品產(chǎn)量世 界領(lǐng)先，而且在尺寸精 度、旋轉(zhuǎn)精度、振動(dòng)噪 聲、壽命和可靠性等方面也都取得了明顯的進(jìn)步。但是國產(chǎn)軸承與國 外軸承生產(chǎn)大國的產(chǎn)品相比，在品種上和質(zhì)量上還存在著較大的差 距。要進(jìn)一步增加品種和提高質(zhì)量，必須在軸承的設(shè)計(jì)、制造、材料、 測試和潤滑等綜合技術(shù)上下功夫，需要有一個(gè)發(fā)展的過程。金屬磨損 自修復(fù)材料在國產(chǎn)軸承上的應(yīng)用提高了軸承的可靠性，降低了軸承滾 道和滾動(dòng)體之間的摩擦系數(shù)，大幅度延長了軸承的使用壽命，使通用 軸承向 “無限壽命”新概念要求的方向前進(jìn)了一大步，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

金屬磨損自修復(fù)材料”增加軸承壽命和可靠性的機(jī)理：
“金屬磨損自修復(fù)材料”，是一組由羥基硅酸鎂[Mg6（Si4O10）（O H）8]等天然礦石材料構(gòu)成的復(fù)雜組分的微米級(jí)粒徑顆粒材料。主要 取之于天然礦石材料的這些組合物不溶解于潤滑脂，不和潤滑脂發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)，不改變油的黏度和其他理化性質(zhì)，無任何毒副作用，在常 溫下的化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定。當(dāng)潤滑脂作為載體將這些微粒材料帶入軸 承組合件中時(shí)，這些微粒材料在軸承轉(zhuǎn)動(dòng)中對軸承跑道和滾動(dòng)體產(chǎn)生 超精研磨作用，發(fā)生一系列物理的和化學(xué)的變化，改變了摩擦表面的 金屬微觀結(jié)構(gòu)。

微粒材料在金屬摩擦表面發(fā)生的物理變化是：滾動(dòng)體在滾道內(nèi)滾 動(dòng)中，在摩擦力的作用下，超細(xì)微粒顆粒被進(jìn)一步碾碎，此時(shí)微小顆 粒對金屬摩擦表面產(chǎn)生超精研磨作用，有足夠硬度的微粒的超精研磨 作用造成金屬表面微凸體斷裂，使得軸承摩擦表面的光潔度進(jìn)一步提 高。

微粒材料在金屬摩擦表面發(fā)生的化學(xué)變化是：在超精研磨中，微 凸體斷裂時(shí)產(chǎn)生的閃溫使微粒晶體中鎂原子與摩擦表面的鐵原子發(fā) 生置換反應(yīng)，在鐵基金屬摩擦表面生成鐵基硅酸鹽保護(hù)層，亦稱金屬 陶瓷層。這一鐵基硅酸鹽保護(hù)層是在金屬表面微凸體發(fā)生斷裂出現(xiàn)閃 溫時(shí)產(chǎn)生的，在非磨損部位上不產(chǎn)生摩擦熱，不發(fā)生化學(xué)置換反應(yīng)。 因而這種鐵基硅酸鹽保護(hù)層的生成有選擇性，它只會(huì)在軸承的滾動(dòng)體 和跑道的金屬摩擦表面生成一層耐磨的保護(hù)層。軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)中不斷發(fā)生磨損，磨損產(chǎn)生的微凸體斷裂和釋放的熱能使這種化學(xué)置換反應(yīng)繼 續(xù)進(jìn)行。當(dāng)其表面生成一層金屬瓷保護(hù)層后，使其表面光潔度提高、 摩擦系數(shù)降低，磨擦產(chǎn)生的熱能下降，化學(xué)置換反應(yīng)也就停止。但是 當(dāng)這一耐磨保護(hù)層受到破壞時(shí)，金屬表面的摩擦熱急劇增加，新的置 換反應(yīng)又將開始，使耐磨保護(hù)層得到恢復(fù)。
目視可見，軸承滾道和滾動(dòng)體上生成的金屬陶瓷保護(hù)層烏黑發(fā) 亮，有淡蘭色金屬光澤。 經(jīng)測定，這種耐磨的保護(hù)層有優(yōu)良的力學(xué)和物理性能：

摩擦系數(shù) μ：0.003~0.007

顯微硬度 Hv：提高 1 倍

表面粗糙度：達(dá) 14 級(jí)

膨脹系數(shù)：13.6~14.2（與鋼相同）

耐高溫：1575℃~1600℃ 耐腐蝕：優(yōu)良

因此，在軸承潤滑脂中加入微量“金屬磨損自修復(fù)材料”后，軸承 的使用壽命可得到大幅度延長，軸承的可靠性水平也得到相應(yīng)提高。 并且由于軸承的摩擦系數(shù)降低，可節(jié)省大量動(dòng)力能源消耗。

使用“金屬磨損自修復(fù)材料”軸承的壽命試驗(yàn)情況 ： 國家軸承質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，對使用“金屬磨損自修復(fù)材料”的 620 5 軸承進(jìn)行了壽命實(shí)驗(yàn)。對送檢的 24 套軸承全部進(jìn)行了達(dá)到一等品 標(biāo)準(zhǔn)要求的 3 倍額定壽命試驗(yàn)，從中再任意抽取 8 套軸承進(jìn)行了達(dá)到 優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)要求的 5 倍額定壽命試驗(yàn)，而后再從中任意抽取 4 套軸承進(jìn)行完全壽命試驗(yàn)。

試驗(yàn)報(bào)告給出的結(jié)論是：

1、 經(jīng) 21 倍額定壽命試驗(yàn)的軸承基本保持試驗(yàn)前的旋轉(zhuǎn)精度。當(dāng)試 至 3 倍額定壽命時(shí)，旋轉(zhuǎn)精度有所下降；試至 5 倍額定壽命時(shí)，旋轉(zhuǎn) 精度恢復(fù)到原始值。

2、 試至 21 倍額定壽命的軸承的徑向游隙與試驗(yàn)前的徑向游隙比較 有少量變化。當(dāng)試至 3 倍額定壽命時(shí)，游隙平均減少 2.5μm；當(dāng)試至 5 倍額定壽命時(shí)，游隙平均增大 3μm（基本恢復(fù)到試驗(yàn)前數(shù)值）。隨 著試驗(yàn)時(shí)間的繼續(xù)增加，軸承徑向游隙有時(shí)增加有時(shí)減少，變化量很 小。試至 21 倍額定壽命時(shí)，又基本恢復(fù)到試前數(shù)值。

3、 軸承試至 21 倍額定壽命時(shí)，軸承套圈滾道和鋼球表面烏亮，基 本沒有磨損。

4、“金屬磨損自修復(fù)材料”在軸承中應(yīng)用，能延長軸承的使用壽命。

在軸承壽命試驗(yàn)過程中出現(xiàn)過下述情況：當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到 8 倍額定壽 命時(shí)，編號(hào)為 SM21-024 的軸承內(nèi)圈滾道因生產(chǎn)時(shí)存在砂輪花狀磨削 燒傷而失效。對此，試驗(yàn)報(bào)告指出：通常軸承滾道有磨削燒傷的軸承 在壽命試驗(yàn)時(shí)，達(dá)不到 1 倍額定壽命滾道就會(huì)發(fā)生剝落而失效。該軸 承試驗(yàn)到了 8 倍額定壽命，這顯然是“金屬磨損自修復(fù)材料”起到了延 長軸承壽命的作用。

在軸承壽命試驗(yàn)過程中，曾 3 次發(fā)生尼龍保持架熔化并流出，但 軸承更換新的尼龍保持架后仍可繼續(xù)使用。原因是：該潤滑脂使用溫 度為 80℃，在軸承壽命試驗(yàn)中因軸承連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)溫度升高而使?jié)櫥魇?。在干摩擦下造成軸承溫度進(jìn)一步升高到超過 254℃，從而使尼 龍保持架熔化而流出。以往發(fā)生這種情況時(shí)，鋼球和套圈會(huì)發(fā)生退火 并粘結(jié)在一起，使軸承失效。但本次試驗(yàn)軸承套圈和鋼球都完好無損， 說明生成的金屬陶瓷保護(hù)層發(fā)揮了作用，使干摩擦系數(shù)降低，干摩擦 產(chǎn)生的熱量不足以使鋼球和套圈退火和粘結(jié)。 (詳見國家軸承質(zhì)量監(jiān) 督檢驗(yàn)中心：“金屬磨損自修復(fù)軸承壽命試驗(yàn)報(bào)告”)。 受到試驗(yàn)經(jīng)費(fèi) 的限制，6205 軸承的壽命試驗(yàn)進(jìn)行到 21 倍額定壽命而停止。

使用“金屬磨損自修復(fù)材料”工藝措施的軸承的生產(chǎn)和應(yīng)用情況： 哈爾濱某軸承有限公司從去年以來對生產(chǎn)出的新軸承進(jìn)行金屬 磨損自修復(fù)材料工藝處理，取得了明顯的效果。

1、高速電機(jī)主軸軸承

高速電機(jī)主軸軸承經(jīng)過金屬磨損自修復(fù)材料工藝處理后，提高了 極限轉(zhuǎn)速，在 dn ≤1×106 轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下仍可使用脂潤滑。 正常情況下當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速 dn≥0.4×106 轉(zhuǎn)/分時(shí)，必須采用油霧潤 滑。供油設(shè)備需要有空氣壓縮機(jī)、油路及高級(jí)定子油，在高壓空氣攜 帶下向軸承內(nèi)部噴油。油氣從軸承一端噴入，從另一端噴出，逸出的 油霧在空氣中漂浮造成空氣污染，使油耗增大，空壓機(jī)用電量也較大， 噪聲亦大。用金屬磨損自修復(fù)材料處理后的軸承，用脂潤滑代替油霧 潤滑，完全解決了油霧潤滑產(chǎn)生的不利影響，減化了供油的機(jī)械加工， 節(jié)約了產(chǎn)品的制造成本。使用油霧潤滑的軸承的使用壽命一般為 2 個(gè) 月，經(jīng)金屬磨損自修復(fù)材料工藝處理的軸承，使用脂潤滑其使用壽命 可達(dá) 1 年。

2、數(shù)控機(jī)床主軸軸承

數(shù)控機(jī)床主軸軸承用雙聯(lián)、四聯(lián)角接觸球軸承，該軸承經(jīng)用金屬 磨損自修復(fù)材料工藝處理后，在裝機(jī)使用中其精度、溫升、噪聲、剛 度與“SKF”公司的同類產(chǎn)品相比沒有任何區(qū)別。該機(jī)床已工作了一年 多，其性能仍保持不變。

3、油田稠油泵軸承

油田稠油增壓泵軸承由深溝球軸承、圓柱滾子軸承、推力球軸承 組成，工作介質(zhì)為稠質(zhì)原油，泵的使用壽命通常不超過 3 個(gè)月。而且 油泵工作 1 周左右，泵效就開始下降，工作 3 個(gè)月泵效下降 70%， 噪音也較大，需停機(jī)維修。該軸承經(jīng)使用金屬磨損自修復(fù)材料工藝處 理后，整機(jī)噪聲由 97dB 下降到 80dB，無異常音，泵效由 53M3/h 提高到 63M3/h，電機(jī)輸出功率下降 17%?，F(xiàn)已工作 2 個(gè)月，仍保持 狀態(tài)不變。

4、軋鋼機(jī)軋輥軸承

該軸承承受較重的載荷，大型軸承每套價(jià)格在 1000~2500 元左 右，軸承使用壽命較短，一般為 15 ~20 個(gè)工作日，維修成本較高。 用金屬磨損自修復(fù)材料工藝處理該軸承后，壽命提高 5 倍以上，大大 降低了維修成本。

5、材軋輥導(dǎo)輪軸承

軋線材軋輥導(dǎo)輪軸承的線速度為 120 米/秒，導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速 15000 轉(zhuǎn) /分，軸承的壽命只有 8 小時(shí)。使用金屬磨損自修復(fù)材料工藝處理后 的軸承，使用壽命達(dá)到了 40 小時(shí)。

6、無受力盲區(qū)自行車中軸軸承

該自行車為運(yùn)動(dòng)員專用賽車。由于結(jié)構(gòu)限制，要保證軸承的壽命， 軸的直徑不能加大，在使用中，經(jīng)常發(fā)生中軸斷裂事故。對該軸承使 用金屬磨損自修復(fù)材料技術(shù)后，軸承的承載能力大大提高，在軸承外 徑尺寸不變的條件下，使中軸的直徑加大 3mm，從而解決了中軸斷 裂的問題。由于中軸承摩擦系數(shù)降低，使運(yùn)動(dòng)員的成績提高了 6%。

對軸承使用金屬磨損自修復(fù)材料工藝處理，是一項(xiàng)開拓性的工 作，應(yīng)用的范圍正在逐步擴(kuò)大之中，所取得的效果是令人鼓舞的。上 述應(yīng)用項(xiàng)目僅是其中取得了準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的一部分實(shí)例 。