切削余量對多層復合軸承摩擦磨損性能的影響

張國強 王宏剛 倪志偉 范建明 顧春衛 許文杰

(①浙江中達軸承有限公司，浙江嘉興 314003;②中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室，甘肅蘭州 730000)

聚四氟乙烯(PTFE)具有優異的自潤滑性能和耐高溫特性，廣泛應用于摩擦系數要求較小的摩擦工況中。利用低碳冷軋鋼板為基體，改性PTFE為自潤滑表面層，中間燒結多孔隙的錫青銅粉層，所制備的滑動軸承具有廣泛的應用前景，不僅具有優異的機械性能和尺寸穩定性，并且可以提高軸承的承載能力，具有更加優異的耐磨損性能［1－2］。

渦旋壓縮機的動靜盤在渦旋運動過程中需要兩個軸承，帶法蘭的上軸承裝配于動盤中，主要功能是起承載和耐磨作用;直筒軸承裝配于靜盤中，主要起耐磨和密封作用。通過實際工況計算，上軸承的實際承載力為4 000 N，下軸承的實際承載力為3 000 N。本文主要針對渦旋式空氣壓縮機的使用特點，分析靜動渦旋用自潤滑滑動軸承的運動工況，研制具有優異自潤滑性能并滿足實際工況的多層PTFE自潤滑復合軸承。

1 實驗部分

在PTFE乳液中添加石墨、二硫化鉬等固體潤滑劑，通過機械混合，同時加入破乳劑，使得乳液結構破壞，最終制備出泥狀PTFE混合體。通過在低碳鋼板上鋪覆－200目的CuSn10合金粉，然后在850～900℃下進行燒結，隨后鋪覆PTFE混合物，軋制后在氮氣爐中進行 PTFE表面層的燒結，燒結溫度為380～390℃，制備出復合板材后，通過切斷、卷圓、整形、倒角、拋光、電鍍等系列工藝，最終成型制備出多層復合軸承。具體工藝如圖2所示。

利用MM－2000環塊型和MMD－10端面摩擦磨損試驗機進行復合材料的摩擦磨損性能研究，具體的試驗原理如圖3所示。摩擦磨損試驗條件如下:(1)MM－2000環塊型摩擦磨損試驗機:試驗試樣尺寸為30 mm×7 mm×2 mm，對偶試樣為45鋼，尺寸φ40 mm×φ16 mm，表面粗糙度為0.2～0.4 μm。試驗條件為線速度v=0.42 m/s，載荷 200 N，磨損時間 120 min，干摩擦，大氣環境，室溫條件;(2)MMD－10端面型摩擦磨損試驗機:試樣尺寸為40 mm×40mm，對偶試樣為45鋼，接觸面尺寸φ30 mm×φ22 mm，表面粗糙度為0.2～0.4 μm，試驗條件為線速度0.2 m/s，載荷8 MPa，磨損時間180 min，干摩擦，大氣環境，室溫條件。

2 結果與討論

2.1 切削余量對表面微觀結構的影響

圖4表示出了不同的切削余量對PTFE多層復合軸承表面的組織結構。可以看出，當切削余量為0.05 mm時，表面層中PTFE潤滑相的含量較高，并且銅合金粉相對較少;隨著切削余量的增加，當切削余量為0.10 mm時，表面層中PTFE潤滑相的含量大幅度降低，裸露的銅粉較多，這可能會導致材料的摩擦系數與耐磨損能力的變化。

2.2 切削余量對摩擦磨損性能的影響

圖5表示出了切削余量對摩擦磨損性能的影響。MM－2000環塊摩擦磨損試驗結果表明，隨著切削余量的增大，PTFE多層復合材料的摩擦系數表現出逐漸增大的趨勢，而磨損率呈現先降低后增大的趨勢，并且當切削余量為0.05 mm時，材料的磨損率最低。這表明，當切削余量為0.05 mm時，復合材料具有最佳的耐磨性。MMD－10端面摩擦磨損試驗結果表明，隨著切削余量的增大，PTFE多層復合材料的摩擦系數同樣表現出逐漸增大的趨勢，而線性磨損量同樣呈現先降低后增大的趨勢，當切削余量為0.05 mm時，材料的磨損最低。綜合分析認為此類PTFE多層復合軸承，當切削量為0.05 mm時，具有最佳的耐磨損性能。因此為有效地提高軸承的裝配間隙，防止軸承高速運動產生較大的振動，應將軸承內表面車削0.05 mm后裝配應用。

3 結語

(1)隨著切削余量的增大，裸露的銅含量增多，潤滑劑組份降低;

(2)隨著切削余量的增大，PTFE多層復合材料的摩擦系數表現出逐漸增大的趨勢，而磨損率呈現先降低后增大的趨勢，并且當切削余量為0.05 mm時，復合軸承具有最佳的耐磨性;

(3)為有效地提高軸承的裝配間隙，防止軸承高速運動產生較大的振動，應將軸承內表面車削0.05 mm后裝配使用。

［1］趙普，劉近朱，王齊華，等.聚苯酯、聚酰亞胺填充聚四氟乙烯復合材料的摩擦學性能研究［J］.材料科學與工程學報，2003，21(6).

［2］陳剛，焦明華，解挺，等.填充材料對聚四氟乙烯基復合材料摩擦學特性的影響［J］.軸承，2007(10).