金属磨损自修复技术在提高轴承寿命中的应用

刘永源，陈振明

（瓦房店金峰轴承制造有限公司，辽宁 瓦房店116300）

金属磨损自修复技术在提高轴承寿命中的应用

刘永源，陈振明

（瓦房店金峰轴承制造有限公司，辽宁 瓦房店116300）

介绍了金属磨损自修复技术的原理、特点、使用方法及使用效果。该技术作为一种延长轴承寿命的方法已经被广泛采用，效果良好。

金属磨损自修复技术；轴承寿命；减磨；抗磨；原位自修复

1 前言

装备制造业的发展对轴承的使用寿命提出越来越高的要求，轴承延寿技术一直是人们研究的重点，金属磨损自修复材料在轴承上的应用，给轴承寿命及可靠性的提高带来新的契机。金属磨损自修复技术是一种特殊的表面强化技术，是将亚微米级的粉体材料，利用动态的纳米级的作用机制作用于轴承工作表面。该技术是将原“金属—金属”的摩擦转化成“类金属陶瓷层—类金属陶瓷层”的摩擦，而且在摩擦的过程中，磨损将得到不断的动态原位自修复，达到延长轴承使用寿命目的，具有减磨、抗磨和原位自修复三项功能为一体的优点。

金属磨损自修复技术是一种可在金属的摩擦磨损表面有选择性地自动生成超高硬度超低摩擦系数材料的表面再生技术。该技术采用一种由羟基硅酸盐复杂组分构成的亚微米级矿石分体组合物，使其附着于磨损表面，以达到延长轴承长寿命的目的；其工艺方法已由传统方法发展到将纳米多功能基团材料作用于轴承工作表面，达到防锈、降低摩擦系数、提高硬度、耐磨损、耐冲击等综合性能。

多年来人们在提高轴承寿命方面进行了大量工作，但由于受到各类条件的限制使其进展缓慢。笔者近来利用金属磨损自修复技术(ART—Auto Restoration Technology of Wear of Metals)在提高轴承寿命方面取得了初步成效。

2 自修复技术的特点

（1）金属磨损自修复材料的主要特点是在金属摩擦表面生成耐磨陶瓷保护层。

（2）金属磨损自修复材料属超细粉体材料在机器正常工作条件下对磨损部位进行修复。

（3）金属磨损自修复材料可以选择性补偿表面磨损，耐磨陶瓷保护层生长的厚度与超细粉体的数量成正比，可以调节。

（4）耐磨陶瓷保护层与原始金属表面没有明显的分界面。

（5）耐磨陶瓷保护层使摩擦系数比油膜润滑降了一个数量级。

（6）耐磨陶瓷保护层具有良好的抗磨损抗腐蚀性能.

（7）耐磨陶瓷保护层不仅能够补偿间隙，使零件恢复原始形状，还可以优化配合间隙，这就有利于降低机械振动减少噪音，节约能源。

3 自修复技术的使用原理

在金相显微镜下的轴承滚道表面存在着纵横交错的“沟壑”——微凸体和各种缺陷。微凸体在振动摩擦、挤压冲击的过程中，撕开、断裂而引发的瞬间闪点温度，使高温的磨削微粒被耐磨陶瓷微粒包裹，并在势能较低的凹处或缺陷处着床，形成孕育层使断裂的位置得以修复。

ART技术是一项具有革命性的表面工程领域的智能自修复技术，在金属摩擦副表面形成以“Mg6(Si4O10)(OH8)”为主体的“高光洁度、高硬度的类金属陶瓷保护层”，使原“金属——金属”的摩擦转化成“类金属陶瓷层——类金属陶瓷层”的摩擦，而且在摩擦的过程中，磨损部位将得到不断的动态自修复。图1为ART预处理后的GCr15轴承金相图片。

图1 ART预处理后的GCr15轴承金相

图1 是GCr15材质的轴承滚动体，淬回火硬度62HRC，在MEF4A高级金相显微镜观察下的 ART预处理后的金相。ART不仅“扩散”到金属基体中（基体弥散分布的白色颗粒状碳化物是参照物），而且将“沟壑”填平（金相图片中的白色部分）；另外，微凸体在振动摩擦、挤压撞击过程中，撕开、断裂而引发的瞬间闪点温度，使高温的磨削微粒被ART包裹，并在势能较低的凹处或缺陷处着床，形成孕育层。而撕开或断裂的凸体位置也在摩擦力的作用下形成ART保护层得以修复。ART预处理的全过程使金属基体的凹处、“沟壑”、微裂纹、空隙等缺陷处均生成ART孕育层。

ART孕育层的生长速度和厚度与摩擦释放的能量，与ART粉体的含量及预处理的时间成正比。

ART孕育层弥散分布在零件的摩擦表面，会使粗糙度值降低，光洁度提高，摩擦系数下降，表面耐蚀、耐磨，在工况服役条件下，尤其是轧机轴承，承受冲击和瞬间超极限载荷的作用下，弥散分布的孕育层起到了支撑座的作用。轴承受载运行的全过程中，ART保护层的界面不断变化，自动选择补偿部位，形成的厚度也是自动调节，当摩擦释放的能量因摩擦系数的降低，而降到一定的程度时，陶瓷保护层停止生长，自修复过程完成。金属陶瓷层不仅能够补偿磨损间隙，使金属基体表面粗糙度值下降，恢复原始状态尺寸，还可以使摩擦阻力趋于均匀分布，降低振动，节约能源，实现对基体金属工作表面几何形状的修复和配合间隙的优化。

轴承在运转过程中，摩擦力的作用下，依靠摩擦热能作为驱动力，使ART孕育层与金属基体表面发生置换反应，形成与铁基金属，以化学键相结合的微晶陶瓷层，这种微晶陶瓷层能动态的不断修复和补偿基体金属摩擦表面的磨损，达到延长轴承使用寿命的目的。

4 自修复技术的使用方法

4.1 预处理法

把加工后的轴承零件置于含有修复材料的中介物中，在振动的光饰机作用下，轴承零件表面形成弥散分布的孕育层，合套之后在含修复材料的润滑油或润滑脂的润滑条件下工作，进一步使修复材料孕育层转变成类陶瓷保护层。

4.2 直接法

直接把修复材料的中介物以10%-15%比例均匀拌入润滑油或润滑脂中，使轴承在含修复材料的润滑油或润滑脂下工作。

5 自修复技术的使用效果

到目前为止，应用 ART技术的轴承已发往全国近20个钢铁行业装机使用，下面是几个主要客户的使用情况。

（1）重庆钢铁股份有限公司冷轧薄板厂

该厂1450冷轧薄板生产线四辊可逆轧机，支承辊使用四列圆锥滚子轴承M282249D/M282210/ M282210D，原采用进口轴承保质期一年， 2011年瓦房店金峰轴承制造有限公司为该厂修复了轴承2套，采用了ART预处理新技术，2011年10月14日装机，至今轴承使用已超过一年半，仍在正常使用，已超过了进口轴承的质量水平。 轴承下机后滚子的检验结果见图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.

刘永源（1956-），男，工程师.