李强　豆红运　吕剑

（浙江新昌皮尔轴承有限公司）

　　摘　要：纳米技术是在0.1至100nm范围内用单个原子、分子制造物质，并且研究材料的性质和应用的技术。滚动轴承寿命对工作的主机有着重要的作用，因此就需要一种新型的润滑技术来提高轴承的寿命。随着纳米及技术的发展，纳米材料的应用范围不断的扩大，纳米材料也逐渐应用到了轴承的润滑方面。本文就从分析可以作为润滑添加剂的纳米材料入手，研究他们对轴承寿命的影响。

　　关键词：纳米技术；轴承寿命；润滑添加剂
　　纳米材料作为添加剂添加在润滑脂当中，可以有效的改变轴承表面的质量，进而减振降噪。目前，关于纳米材料在润滑油当中的摩擦学性能方面有三种观点。他们可以有效的解释润滑抗磨机理，它们是表面沉积膜论、微滚动论、渗入晶格强化表面学说。但是关于纳米材料润滑脂在轴承寿命的提高方面的研究不多。如果把纳米材料和润滑脂的有机结合，也会极大的提高轴承寿命。
　　1.纳米材料在轴承润滑脂当中的运用
　　1.1.纳米软金属类润滑添加剂
　　铜粉、镍粉、锡粉和铋粉都属于纯纳米金属粉末，把他们加入到石蜡基基础油当中进行抗磨减摩性能试验。当转速为500r/min时，分为两组对比实验。一组当中加入镍粉和铋粉的润滑油，另外一组不加金属粉。结果显示加铋粉润滑油的轴承的摩擦系数更加稳定，几乎没有留下磨痕，说明了在减少摩擦方面更好。但是在转速增加到1000r/min时的实验结果显示，加大荷载时摩擦系数降低，加镍粉的润滑油的摩擦系数大于没有比没有加镍粉的润滑油，而加铋粉的润滑油的摩擦系数比基础油低。这说明铋粉在应用能充分的降低摩擦系数，而且增加荷载磨痕宽度并没有随之增加。
　　1.2.纳米稀土化合物润滑添加剂
　　纳米稀土化合物CeF₃作为添加剂添加到润滑脂当中可以有效的降低摩擦系数。但同时也提高了锂基脂和铝基脂的承载能力；纳米LaF₃在液体石蜡中表现是能够有效的抗磨，增加抗磨性，减少摩擦力减摩性能较好，能够承载更多的荷载。纳米材料作为添加剂通过摩擦时在轴承表面生成了吸附膜，这些吸附膜含有碳、氮等。这些吸附膜含有La₂O₃、Fe₂O₃、Fe₃O₄等。这些化学反应膜是液体石蜡中的纳米LaF₃对轴承起作用的具体表现方式，通过这些反应膜可以提高轴承的使用寿命。
　　1.3.纳米含硫化合物润滑添加剂
　　根据摩擦学性能研究，ZnS、PbS等纳米硫属化合物，在很小的浓度加入基础油中，也能发挥出明显的抗磨能力，并且也能提高基础油的承载能力。作为添加剂被加入基础油当中以后，在摩擦的过程中由于化学反应会在轴承表面产生一层反应膜。这层反应膜当中含有Zn、S、P元素可以提高基础油的抗磨能力。
　　2.纳米润滑材料对轴承摩擦性能及表面形貌的影响
　　2.1.抗磨减摩性能得到优化
　　作为润滑添加剂的纳米材料在摩擦过程中具有一定的自我修复作用。由于在摩擦过程中存在机械摩擦，化学反应和摩擦电化学的作用，这一系列的作用可以产生能量甚至是物质方面的交换。在摩擦的过程中，各种作用相互交织会产生化学吸附膜、金属保护膜、吸附沉积膜等。磨损的自我修复效应可以通过这些保护膜起作用。摩擦副相对运动的存在和润滑材料（含添加剂）是产生自修复一些的必要条件，自修复膜的形成在一定程度上依赖于纳米材料的添加。自修复膜对抗磨减摩，补偿磨损等方面有很好的效果和作用。
　　2.2.表面形貌得到优化
　　在摩擦副表面具有时会存在大小不等的微坑，这些微坑的大小如果和纳米粒子的大小相接近的话，作为添加剂的纳米材料就会镶嵌在里面，这样这些微坑就可以实现有条件的自我修复。然而，对表面粗糙的摩擦副而言，这种方式的自我修复对摩擦学性能的改善较小。纳米粒子作为抛光材料对对表面粗糙摩擦副表面作用不太理想。只有表面粗糙度值为0.1-1nm的表面，纳米材料可以发挥它Z佳的抛光效果。因此，轴承的表面粗糙度越小、越光滑，作为添加剂的纳米粒子可以改善其摩擦学性能，提高轴承的使用寿命。
　　3.提高轴承寿命的方法
　　轴承的使用寿命的提高与纳米复合镀层的制备和摩擦性能有着直接的关系，因此许多人都加强了对它们研究的力度。纳米复合镀层的硬度很高、更加耐磨抗磨损能力强、摩擦性能好、对那些腐蚀性的物质的抵抗力强。正是有了这些特殊的性能，可以提高轴承的使用寿命。因此受到更多的青睐。人们利用纳米固体颗粒添加到镀液中，纳米颗粒与金属离子相结合而沉积下来的原理得到纳米复合镀层。中国机械工程学会表面工程研究所的潜心研究下，含有纳米金刚石粉和Ni包纳米Al₂O₃粉的镍基复合镀层终于研制成功，通过一系列的实验证明他们对轴承表面修复和强化有良好的效果。但是在制备镀层的时候，纳米颗粒的大小对摩擦性能有深远的影响，当然达到的效果也不尽相同。由于颗粒含量会影响镀层的Z佳摩擦性能，因此它在不同的物质成分中，要想达到Z佳的摩擦性能所需的颗粒含量也有所差异。实验证明Ni-SiC复合镀层要想达到Z佳的摩擦性能就要求纳米SiC的体积分数在为4%～到5%之间。在比较纳米镀层和微米复合镀层单位面积中的颗粒数的弥散强化效应方面，纳米复合镀层有明显的优势。因此，目前利用复合电沉积技术产生的纳米复合镀层被广范将应用到轴承零件制造中。目前普通轴承振动强烈，在转动过程中噪声过大，摩擦系数较大和磨损情况严重，这些情况无形的降低了轴承使用寿命。但纳米复合镀层可以有效的解决这些问题，提高轴承的使用寿命，它的应用范围也在不断的扩大。
　　4.结束语
　　把纳米材料作为添加剂加入到不同的润滑脂当中，可以发挥出不同的作用机理，但是它们都可以提高轴承寿命。总之，纳米材料在提高轴承寿命方面有着很好的市场前景，由于可以作为纳米添加剂的材料有很多，在未知的领域还需要我们继续的深入研究。
　　参考文献
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来源：《中国机械》2013年第7期