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水润滑轴承材料研究现状

摘 要：水润滑轴承与传统的轴承相比在选择材料上存在较大的差异，选主要是由于工作介质发生较大的改变所致。本类材料利目前使用的陶瓷材料、塑料材料、塑料合金材料以及尼龙等，各种材料在工程上均有过应用，根据不同的要求和成本我们可以有不同的选择，大大扩大了水润滑轴承的应用范围。

随着水润滑轴承的逐步推广应用，改变了长期以来机械传动系统中往往都是以金属构件组成摩擦副的传统观念，不仅节省了大量油料和贵重有色金属，而且简化了轴系结构，避免因油泄漏污染水环境的状况。

由于水是一种低粘度液体，而润滑液膜的承载能力与粘度成止比与膜厚的-甲方成反比；因此在其他条件都相同的情况下，为获得相等的承载能力，则水膜的厚度仅为油膜厚度的l／8。这表明水润滑轴承承载能力比较低，而且很有可能在非流体润滑工况下工作，容易产生轴瓦和轴之间的相互接触；发生兀水润滑和干摩擦。因此，水润滑轴承材料的性能特别是摩擦学性能是决定其工作性能和使用寿命的一个主要因素。

1、常用水润滑轴承材料

水润滑轴承与传统的轴承相比在选择材料上存在较大的差异，这主要是由于工作介质发生较大的改变所致。这主要表现在，传统的轴承用油作润滑剂，油对金属材料的腐蚀性较小，而且油膜易于形成，因而其选择的范围相对较广，而水润滑轴承对材料的选择就必须更加注重材料的减摩性、耐磨性以及材料抗腐蚀的能力。

（1）木类材料

铁梨木是原产于南美洲的一种天然树种，木质致密、坚硬、相对密度大。铁梨木含有26％的树脂、28％的树脂精汁、1％的硬树脂和0．8％的苦性精汗，精汗与水能形成乳状液体，具有自润滑作用，曾经广泛应用于海上船舶艉管轴承欢迎来我厂参观，其缺点是不适宜用于经常航行在含泥沙较多水域的船舶，存在一定的水涨性，由于其资源日渐缺乏，价格昂贵，因而各围都在努力寻找其替代品。

常用的层压板类材料主要分为两种：桦木层压板和布质层压板。

冷压机以上两种材料制成的水润滑轴承在围外进口肉脯被称为石木轴承，石木轴承材料的端部位置，对于钢轴的滑动摩擦因数在比压为0．7 5—1．2MPa

时，可达到0．005。在加工石木轴承时，应使内径较轴径大0．5％，以防止轴发热膨胀。因此对此类轴承的加工应遵守一定的磨光规定。石木材料的端部，工作性质比其余部分好，因天门此把滑动速度方向作成垂直于其木纹方向。

（2）以橡胶为基体的高分子材料

目前应用于水润滑轴承的以橡胶为基体的高分子材料，均继承了其基体的高弹性和良好的吸振性能，而且加工工艺性能好，有着良好的摩擦磨损、抗磨粒磨损和疲劳磨损等性能，尤其是以丁腈橡胶为基体的材料，其吸振性能、化学稳定性能好，非常适合于用作水润滑轴承材料。橡胶轴承也是目前应用最为广泛的水润滑轴承。

水润滑复合橡胶轴承有罗纹钢价格在淡季12月创出年内新高其特殊的优点：首先，橡胶轴承的耐磨性能优于大多数的轴承材料，能延长水润滑轴承的使用寿命；其次，橡胶轴承的吸震性能良好，能顺应和减缓因轴线跳动及偏移而引起的轴系震动；第三，由于橡胶的弹性变形，可使轴颈与其接触而积相对增大，轴承比压相应减小；第四，橡胶轴承价格相对较低，再加上使用可靠、无污染等特点。因此，橡胶轴承价格成为围内外水润滑船舶使用的主要轴承之一。

普通复合橡胶轴承最大的缺点是耐高温性能差，承载能力小，适合于小载荷、轴承系统受力复杂的场合，但随着材料科学的进步，橡胶材料为基体的高分子材料的力学性能逐渐提高，以其制成的水润滑轴承已逐步能够用于中载情况。

2、水润滑轴承用新材料

随着科学技术的不断发展，新技术、新材料不断出现，超高分子量聚乙烯就是一种具有许多优良机械、物理、化学性能的新型工程塑料。

（1）超高分子量聚乙烯材料(UHMWPE)

超高分子量聚乙烯一般是指相对分子质量在1 50万以上的聚乙烯，日本、德围生产的超高分子聚乙烯相对分子质量早已高达600万以上，目前德围现已高达l 000万旧l。超高分子量聚乙烯是一种新型工程塑料，具有无毒性、无污染、可再循环回收利用等环保特点，现已得到广泛应用，而且在水润滑轴承中也开始逐步使用UHMWPE Kl。

虽然超高分子量聚乙烯在结构上与普通聚乙烯相同，但由于超高分子量聚乙烯的相对分子质量比一般聚乙烯要高得多(普通聚乙烯相对分质量一般为2万一30万，而超高分子量聚乙烯一般为1.50万以上)，因此便赋予它许多普通聚乙烯所没有的优良性能。

1)耐磨损性能

超高分子量聚乙烯的耐磨损性能居塑料之首，比碳钢、黄铜还耐磨数倍。

2)冲击性能

超高分子量聚乙烯的冲击强度在现有塑料中最高，即使在一7 0℃时仍有相当高的冲击强度。

3)自润滑性能

超高分子量聚乙烯具有很好的自润滑性能，摩擦因数小，它的摩擦因数可以和聚四氟乙烯(PTFE)相媲美。

4)吸水率

超高分子量聚乙烯的吸水率在工程塑料中是最小的。这是由于超高分子量聚乙烯的分子链仅由碳氢元素组成，分子中无极性基团，所以吸水率极低。因此制品即使是在潮湿环境中也不会因吸水而使尺寸发生变化，同时也不会影响制品的精度和耐磨性等机械性能，并且在成型加工前原料不需要干燥处理。

（2）超高分子量聚乙烯成型方法

超高分子量聚乙烯的成型方法主要有两种类型即模压成型和挤出成型。

模压成型工艺是将一定的模压用原料(粉料、粒料、纤维状料等)放入金属模具中，在一定温度、压力下成型的一种方法。模压成型法是塑料成型中最古老的方法，早在100多年前就已才能被唆使仪表有效辨别采用，可用于氟塑料、酚醛树脂、超高分子量聚乙烯、聚酰亚胺、不饱和树脂以及各种热塑性树脂等。以前，由于超高分子量聚乙烯的熔体流动改性研究较少，只能用模压法成型生产。

挤出成型在其他热塑性塑料早已成熟地应用多年，但由于超高分子量聚乙烯的相对分子质量高，熔体粘度高达l0的8次方Pa．s，熔体流动速率几乎为零，因此给成型加工带来极大的困难。随着挤出设备的发展，现已能够挤出超高分子量聚乙烯板材、管材、棒材及各种型材、异型材等。挤出成型又分为：柱塞式挤出、单螺杆挤出、双螺杆挤出等。

研究表明目前加拿大赛龙公司在部分产品中将其作为水润滑轴承瓦背材料，用以取代铜合金。由于超高分子量聚乙烯的加工困难，用其作为水润滑轴承材料尚未大规模展开，但相信随着加工设备和工艺的改进，使用超高分子量聚乙烯材料制造水润滑轴承的时间不会太久了。

（3）陶瓷材料

陶瓷材料具有高硬度、耐高温、耐腐蚀、刚度高、热膨胀系数小、导热性好、比强度高和耐磨等诸多优点，具有及其广阔的应用前景。和传统轴承材料如金属、高分子材料相比，它特别适用于高温、高速、强磁场和腐蚀性环境这些特殊场合。目前陶瓷材料已被成功用来制造机床的滚动轴承、水泵轴承等。另一方面其质脆且抗振性能差，尤其是其对磨粒的嵌减性能差，一旦磨粒进入轴与轴承表面之间，容易造成轴与轴承表面之间严重的磨粒磨损，由于陶瓷硬度比一般金属的硬度还高，轴的磨损比轴承还要严重，因而在很大程度上限制了其在轴承上的应用。但随着陶瓷技术的高速发展，陶瓷的性能逐渐能够依照工程的需求设计。我们有理由相信陶瓷材料会成为今后水润滑轴承材料的选择之一。

（4） BTG塑料合金材料

BTG塑料合金材料是重庆大学和重庆奔腾科技发展有限公司为提高水润滑轴承的润滑性能和磨刀机承载能力而共同开发的一种新型材料。它以橡

胶材料为基体，加入各种填充剂、促进剂等其它物质而得到的塑料合金材料。其具有优秀的吸振性能，加工工艺性能好，有着良好的摩擦磨损性能、抗磨粒磨损性能、疲劳磨损性能等，尤其是其化学性能稳定。

在BTG塑料合金材料中，其从硫化体系、补强填充体系、防护体系、软化增塑体系等各个方面考虑选择适当的产品配方和合适的工艺路线来

提高其力学性能。试验表明，加入适量的短纤维可以明显地提高材料的扯断强度，并且减小其摩擦因数。

3、结束语

水润滑轴承与传统的轴承相比在选择材料上存在较大的差异，这主要是由于工作介质发生较大的改变所致。木类材料，如铁梨木、层压板类材料等材料从节约金属，尤其是节约有色金属的观点来看是非常有意义的。但随着社会的发展，环保意识的增强，天然的木质资源也是比较有限的，这迫使我们利用化工合成的材料进行替换。目前使用的陶瓷材料、塑料材料、塑料合金材料

以及尼龙等，各种材料在工程上均有过应用，根据不同的要求和成本我们可以有不同的选择，大大扩大了水润滑轴承的应用范围。