金屬磨損自修復技術在提高軸承壽命中的應用

劉永源，陳振明

（瓦房店金峰軸承制造有限公司，遼寧 瓦房店116300）

金屬磨損自修復技術在提高軸承壽命中的應用

劉永源，陳振明

（瓦房店金峰軸承制造有限公司，遼寧 瓦房店116300）

介紹了金屬磨損自修復技術的原理、特點、使用方法及使用效果。該技術作為一種延長軸承壽命的方法已經被廣泛采用，效果良好。

金屬磨損自修復技術；軸承壽命；減磨；抗磨；原位自修復

1 前言

裝備制造業的發展對軸承的使用壽命提出越來越高的要求，軸承延壽技術一直是人們研究的重點，金屬磨損自修復材料在軸承上的應用，給軸承壽命及可靠性的提高帶來新的契機。金屬磨損自修復技術是一種特殊的表面強化技術，是將亞微米級的粉體材料，利用動態的納米級的作用機制作用于軸承工作表面。該技術是將原“金屬—金屬”的摩擦轉化成“類金屬陶瓷層—類金屬陶瓷層”的摩擦，而且在摩擦的過程中，磨損將得到不斷的動態原位自修復，達到延長軸承使用壽命目的，具有減磨、抗磨和原位自修復三項功能為一體的優點。

金屬磨損自修復技術是一種可在金屬的摩擦磨損表面有選擇性地自動生成超高硬度超低摩擦系數材料的表面再生技術。該技術采用一種由羥基硅酸鹽復雜組分構成的亞微米級礦石分體組合物，使其附著于磨損表面，以達到延長軸承長壽命的目的；其工藝方法已由傳統方法發展到將納米多功能基團材料作用于軸承工作表面，達到防銹、降低摩擦系數、提高硬度、耐磨損、耐沖擊等綜合性能。

多年來人們在提高軸承壽命方面進行了大量工作，但由于受到各類條件的限制使其進展緩慢。筆者近來利用金屬磨損自修復技術(ART—Auto Restoration Technology of Wear of Metals)在提高軸承壽命方面取得了初步成效。

2 自修復技術的特點

（1）金屬磨損自修復材料的主要特點是在金屬摩擦表面生成耐磨陶瓷保護層。

（2）金屬磨損自修復材料屬超細粉體材料在機器正常工作條件下對磨損部位進行修復。

（3）金屬磨損自修復材料可以選擇性補償表面磨損，耐磨陶瓷保護層生長的厚度與超細粉體的數量成正比，可以調節。

（4）耐磨陶瓷保護層與原始金屬表面沒有明顯的分界面。

（5）耐磨陶瓷保護層使摩擦系數比油膜潤滑降了一個數量級。

（6）耐磨陶瓷保護層具有良好的抗磨損抗腐蝕性能.

（7）耐磨陶瓷保護層不僅能夠補償間隙，使零件恢復原始形狀，還可以優化配合間隙，這就有利于降低機械振動減少噪音，節約能源。

3 自修復技術的使用原理

在金相顯微鏡下的軸承滾道表面存在著縱橫交錯的“溝壑”——微凸體和各種缺陷。微凸體在振動摩擦、擠壓沖擊的過程中，撕開、斷裂而引發的瞬間閃點溫度，使高溫的磨削微粒被耐磨陶瓷微粒包裹，并在勢能較低的凹處或缺陷處著床，形成孕育層使斷裂的位置得以修復。

ART技術是一項具有革命性的表面工程領域的智能自修復技術，在金屬摩擦副表面形成以“Mg6(Si4O10)(OH8)”為主體的“高光潔度、高硬度的類金屬陶瓷保護層”，使原“金屬——金屬”的摩擦轉化成“類金屬陶瓷層——類金屬陶瓷層”的摩擦，而且在摩擦的過程中，磨損部位將得到不斷的動態自修復。圖1為ART預處理后的GCr15軸承金相圖片。

圖1 ART預處理后的GCr15軸承金相

圖1 是GCr15材質的軸承滾動體，淬回火硬度62HRC，在MEF4A高級金相顯微鏡觀察下的 ART預處理后的金相。ART不僅“擴散”到金屬基體中（基體彌散分布的白色顆粒狀碳化物是參照物），而且將“溝壑”填平（金相圖片中的白色部分）；另外，微凸體在振動摩擦、擠壓撞擊過程中，撕開、斷裂而引發的瞬間閃點溫度，使高溫的磨削微粒被ART包裹，并在勢能較低的凹處或缺陷處著床，形成孕育層。而撕開或斷裂的凸體位置也在摩擦力的作用下形成ART保護層得以修復。ART預處理的全過程使金屬基體的凹處、“溝壑”、微裂紋、空隙等缺陷處均生成ART孕育層。

ART孕育層的生長速度和厚度與摩擦釋放的能量，與ART粉體的含量及預處理的時間成正比。

ART孕育層彌散分布在零件的摩擦表面，會使粗糙度值降低，光潔度提高，摩擦系數下降，表面耐蝕、耐磨，在工況服役條件下，尤其是軋機軸承，承受沖擊和瞬間超極限載荷的作用下，彌散分布的孕育層起到了支撐座的作用。軸承受載運行的全過程中，ART保護層的界面不斷變化，自動選擇補償部位，形成的厚度也是自動調節，當摩擦釋放的能量因摩擦系數的降低，而降到一定的程度時，陶瓷保護層停止生長，自修復過程完成。金屬陶瓷層不僅能夠補償磨損間隙，使金屬基體表面粗糙度值下降，恢復原始狀態尺寸，還可以使摩擦阻力趨于均勻分布，降低振動，節約能源，實現對基體金屬工作表面幾何形狀的修復和配合間隙的優化。

軸承在運轉過程中，摩擦力的作用下，依靠摩擦熱能作為驅動力，使ART孕育層與金屬基體表面發生置換反應，形成與鐵基金屬，以化學鍵相結合的微晶陶瓷層，這種微晶陶瓷層能動態的不斷修復和補償基體金屬摩擦表面的磨損，達到延長軸承使用壽命的目的。

4 自修復技術的使用方法

4.1 預處理法

把加工后的軸承零件置于含有修復材料的中介物中，在振動的光飾機作用下，軸承零件表面形成彌散分布的孕育層，合套之后在含修復材料的潤滑油或潤滑脂的潤滑條件下工作，進一步使修復材料孕育層轉變成類陶瓷保護層。

4.2 直接法

直接把修復材料的中介物以10%-15%比例均勻拌入潤滑油或潤滑脂中，使軸承在含修復材料的潤滑油或潤滑脂下工作。

5 自修復技術的使用效果

到目前為止，應用 ART技術的軸承已發往全國近20個鋼鐵行業裝機使用，下面是幾個主要客戶的使用情況。

（1）重慶鋼鐵股份有限公司冷軋薄板廠

該廠1450冷軋薄板生產線四輥可逆軋機，支承輥使用四列圓錐滾子軸承M282249D/M282210/ M282210D，原采用進口軸承保質期一年， 2011年瓦房店金峰軸承制造有限公司為該廠修復了軸承2套，采用了ART預處理新技術，2011年10月14日裝機，至今軸承使用已超過一年半，仍在正常使用，已超過了進口軸承的質量水平。 軸承下機后滾子的檢驗結果見圖2 。

Application of metal wear self-healing technology in improving life of bearing

Liu Yongyuan, Chen Zhenming
（Wafangdian Jinfeng Bearing Manufacturing Co., Ltd., Wafangdian 116300,China）

This paper introduces the principle, characteristics, using method and results of metal wear self-repair technology. The technology has been widely used as a way extending the bearing life,has good effect.

metal wear self-repair technology; bearing life; reducing wear; anti-wear; original position self-repair

TG739

B

1672-4852（2014）04-0044-02

2014-09-12.

劉永源（1956-），男，工程師.