納米材料對軸承壽命提高的研究

摘要：納米技術是在0.1至100nm范圍內用單個原子、分子制造物質，并且研究材料的性質和應用的技術。滾動軸承壽命對工作的主機有著重要的作用，因此就需要一種新型的潤滑技術來提高軸承的壽命。隨著納米及技術的發展，納米材料的應用范圍不斷的擴大，納米材料也逐漸應用到了軸承的潤滑方面。本文就從分析可以作為潤滑添加劑的納米材料入手，研究他們對軸承壽命的影響。

關鍵詞：納米技術；軸承壽命；潤滑添加劑

納米材料作為添加劑添加在潤滑脂當中，可以有效的改變軸承表面的質量，進而減振降噪。目前，關于納米材料在潤滑油當中的摩擦學性能方面有三種觀點。他們可以有效的解釋潤滑抗磨機理，它們是表面沉積膜論、微滾動論、滲入晶格強化表面學說。但是關于納米材料潤滑脂在軸承壽命的提高方面的研究不多。如果把納米材料和潤滑脂的有機結合，也會極大的提高軸承壽命。

1.納米材料在軸承潤滑脂當中的運用

1.1.納米軟金屬類潤滑添加劑

銅粉、鎳粉、錫粉和鉍粉都屬于純納米金屬粉末，把他們加入到石蠟基基礎油當中進行抗磨減摩性能試驗。當轉速為500r/ min 時， 分為兩組對比實驗。一組當中加入鎳粉和鉍粉的潤滑油，另外一組不加金屬粉。結果顯示加鉍粉潤滑油的軸承的摩擦系數更加穩定，幾乎沒有留下磨痕，說明了在減少摩擦方面更好。但是在轉速增加到1 000 r/ min 時的實驗結果顯示， 加大荷載時摩擦系數降低，加鎳粉的潤滑油的摩擦系數大于沒有比沒有加鎳粉的潤滑油，而加鉍粉的潤滑油的摩擦系數比基礎油低。這說明鉍粉在應用能充分的降低摩擦系數，而且增加荷載磨痕寬度并沒有隨之增加。

1.2.納米稀土化合物潤滑添加劑

納米稀土化合物CeF3作為添加劑添加到潤滑脂當中可以有效的降低摩擦系數。但同時也提高了鋰基脂和鋁基脂的承載能力；納米LaF3在液體石蠟中表現是能夠有效的抗磨，增加抗磨性，減少摩擦力減摩性能較好，能夠承載更多的荷載。納米材料作為添加劑通過摩擦時在軸承表面生成了吸附膜，這些吸附膜含有碳、氮等。這些吸附膜含有 La2O3、Fe2O3、Fe3O4 等。這些化學反應膜是液體石蠟中的納米LaF3對軸承起作用的具體表現方式，通過這些反應膜可以提高軸承的使用壽命。

1.3.納米含硫化合物潤滑添加劑

根據摩擦學性能研究，ZnS、PbS 等納米硫屬化合物，在很小的濃度加入基礎油中，也能發揮出明顯的抗磨能力，并且也能提高基礎油的承載能力。作為添加劑被加入基礎油當中以后，在摩擦的過程中由于化學反應會在軸承表面產生一層反應膜。這層反應膜當中含有Zn、S、P 元素可以提高基礎油的抗磨能力。

2.納米潤滑材料對軸承摩擦性能及表面形貌的影響

2.1.抗磨減摩性能得到優化

作為潤滑添加劑的納米材料在摩擦過程中具有一定的自我修復作用。由于在摩擦過程中存在機械摩擦，化學反應和摩擦電化學的作用，這一系列的作用可以產生能量甚至是物質方面的交換。在摩擦的過程中，各種作用相互交織會產生化學吸附膜、金屬保護膜、吸附沉積膜等。磨損的自我修復效應可以通過這些保護膜起作用。摩擦副相對運動的存在和潤滑材料（ 含添加劑） 是產生自修復一些的必要條件，自修復膜的形成在一定程度上依賴于納米材料的添加。自修復膜對抗磨減摩，補償磨損等方面有很好的效果和作用。

2.2.表面形貌得到優化

在摩擦副表面具有時會存在大小不等的微坑，這些微坑的大小如果和納米粒子的大小相接近的話，作為添加劑的納米材料就會鑲嵌在里面，這樣這些微坑就可以實現有條件的自我修復。然而，對表面粗糙的摩擦副而言， 這種方式的自我修復對摩擦學性能的改善較小。納米粒子作為拋光材料對對表面粗糙摩擦副表面作用不太理想。只有表面粗糙度值為0. 1 - 1 nm 的表面，納米材料可以發揮它最佳的拋光效果。因此， 軸承的表面粗糙度越小、越光滑，作為添加劑的納米粒子可以改善其摩擦學性能，提高軸承的使用壽命。

3.提高軸承壽命的方法

軸承的使用壽命的提高與納米復合鍍層的制備和摩擦性能有著直接的關系，因此許多人都加強了對它們研究的力度。納米復合鍍層的硬度很高、更加耐磨抗磨損能力強、摩擦性能好、對那些腐蝕性的物質的抵抗力強。正是有了這些特殊的性能，可以提高軸承的使用壽命。因此受到更多的青睞。人們利用納米固體顆粒添加到鍍液中，納米顆粒與金屬離子相結合而沉積下來的原理得到納米復合鍍層。中國機械工程學會表面工程研究所的潛心研究下，含有納米金剛石粉和Ni 包納米Al2O3粉的鎳基復合鍍層終于研制成功，通過一系列的實驗證明他們對軸承表面修復和強化有良好的效果。但是在制備鍍層的時候，納米顆粒的大小對摩擦性能有深遠的影響，當然達到的效果也不盡相同。由于顆粒含量會影響鍍層的最佳摩擦性能，因此它在不同的物質成分中，要想達到最佳的摩擦性能所需的顆粒含量也有所差異。實驗證明Ni- SiC 復合鍍層要想達到最佳的摩擦性能就要求納米SiC 的體積分數在為4%～到5%之間。在比較納米鍍層和微米復合鍍層單位面積中的顆粒數的彌散強化效應方面，納米復合鍍層有明顯的優勢。因此，目前利用復合電沉積技術產生的納米復合鍍層被廣范將應用到軸承零件制造中。目前普通軸承振動強烈，在轉動過程中噪聲過大，摩擦系數較大和磨損情況嚴重，這些情況無形的降低了軸承使用壽命。但納米復合鍍層可以有效的解決這些問題，提高軸承的使用壽命，它的應用范圍也在不斷的擴大。

4.結束語

把納米材料作為添加劑加入到不同的潤滑脂當中，可以發揮出不同的作用機理，但是它們都可以提高軸承壽命。總之，納米材料在提高軸承壽命方面有著很好的市場前景，由于可以作為納米添加劑的材料有很多，在未知的領域還需要我們繼續的深入研究。

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