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粉末冶金軸承潤滑油的現狀分析

2010-08-27

凌為霞
（中國石化上海高橋石油化工公司潤滑油上海分公司）

　　粉末冶金業是一個采用特殊材料制作各種零件的工業，是以還原鐵粉或電解銅粉作為原料制成各種鑄件、鍛件、齒輪、軸承和標準件的行業，廣泛地應用于運輸機械、產業機械和電器機械等。
　　粉末冶金軸承是其中的一個領域，也叫含油軸承或燒結軸承，主要用于微型電機，如電聲器件、家用電器、電子計算機等電機，由鐵粉、銅粉經過模具壓模、高溫煅燒、高壓拋光制得。產品具有一定的空隙度，與一般軸承的Z大區別在于它本身可以含油，使用中無需補油，含油軸承的油含量一般控制在不小于18％(體積分數，高的可達22％～24％)。軸承內的這種潤滑油稱為粉末冶金軸承潤滑油，按軸承的冶金粉末材質，粉末冶金軸承主要分為銅基、鐵基，銅基軸承一般使用于轉速較高的電機(如20000r/min以上的電機)，鐵基軸承則大多使用在相對較低轉速(500～2500r/min)的電機(也有少量10000r/min以上的電機)，所以相應的粉末冶金軸承潤滑油有用于高轉速的銅基軸承油和低轉速的鐵基軸承潤滑油。
　　1 國內外發展狀況
　　粉末冶金業在國外發展較早，始于19世紀80年代，當時產品主要是機械零件、摩擦材料、集電材料等，軸承制品是20世紀30年代的產品，其中以日本發展為Z快，1956年軸承產品總產量是494t(銅基317t，鐵基177t)，1963年增至1586t(銅基978t，鐵基608t)，增長了3倍之多，其中相應的潤滑油也從Z初的一般礦物油中加抗氧劑，到后來的粉末冶金軸承專用油。專用油的性能也從一般的潤滑油發展到具有防甩油特性、抗氧性、抗磨性及防銹的高粘度指數的潤滑油。
　　國內則始于20世紀50年代中后期，80年代出現需求旺盛，開始有銅基軸承，后來由于鐵基成本低的特點，開始大批量發展鐵基軸承，生產的產品大多用于齒輪和機床等機械的一般電機。隨著電子工業的發展，微型電機的問世，開始有配套的微型軸承生產，所用潤滑油主要以機械油為主，其次是68號、100號普通液壓油，一般是根據電機制造商的要求而使用，出口產品則使用內燃機油(港澳及南方地區在出口產品中常用Mobil 1#)，所以粉末冶金軸承潤滑油使用在國內比較零亂，尚無國標及專用油生產。
　　2 粉末冶金軸承及潤滑油的特點
　　軸承一般分為滾動軸承和滑動軸承兩大類，潤滑條件對滾動軸承的影響不明顯，但對滑動軸承的使用性能卻有直接的影響。滑動軸承又分干式軸承和粉末冶金軸承，干式軸承是青銅基體中分散著固體的潤滑劑(如石墨、MoS ₂、Pb等)，摩擦系數高，適用于高溫工作條件，粉末冶金軸承則適用于在邊界潤滑區域中相應負荷低、摩擦系數小的領域-3 J。它具有幾個特點：因其本身含有潤滑油，在使用中不必經常補油(一般泵機)或不補油(微型電機)；制作方便，可直接壓制成各種形狀的軸承；在不補油的情況下，使用周期不小于1000h，微型電機一般不小于2000h，這對家電行業設備很有幫助；另外比一般金屬軸承生產成本低，宜于大量生產。
　　粉末冶金軸承因其制作工藝的特殊性，其潤滑結構及潤滑機理與一般金屬軸承有所區別，一般金屬軸承在軸開始轉動時，聚集在不承受負荷的上部空間的潤滑油粘附于軸上部，隨軸的轉動，逐步將油送人軸下部的狹縫中，將軸與軸承隔開，起潤滑作用。而含油軸承，在軸不轉動時，Z底部的軸與軸承的接觸面是以含油軸承縫隙問相互連通的潤滑油薄層隔離。軸轉動時，在軸與軸承表面存在凹凸面的因素影響下，產生摩擦熱，使軸承表面溫度升高，軸承本身所含的潤滑油粘度減小，加速其從含油軸承的縫隙中滲出，隔離軸與軸承起潤滑作用。含油軸承潤滑的特點是潤滑油從無負荷側通過軸和軸承問的間隙向負荷側流動，而在軸承內部正好相反，潤滑油是從負荷處向無負荷處流動。
　　3 粉末冶金軸承對潤滑油的要求
　　3.1 適當的PV值與摩擦性能
　　對一般軸承其負荷、速度及它們的積是軸承承受負荷Z基本因素。對粉末冶金軸承來講，選擇軸承材料時必須考慮小于負荷P和容許速度，在日本、美國對鐵基和銅基含油軸承的負荷和速度及它們的積P都有規定。
　　粉末冶金軸承的潤滑屬于邊界潤滑，剛啟動時，由于產生金屬摩擦，摩擦系數較高，約0.15～0.30；但隨著運轉，含油軸承空隙間的油慢慢形成油膜，金屬摩擦減少，摩擦系數減小，約0.05～0.10，與流體潤滑相當。不同的PV值其摩擦系數不同，一般摩擦系數是隨P值的增大而逐漸減小，當Ijg值一定時(即選定了一種冶金材質)摩擦系數又與所用的潤滑油粘度有關，粘度太大油膜厚，油品不易吸人軸承中；粘度太小，油膜薄，電機運轉時油容易從軸承溢出而滲出電機，所以油品粘度太大或太小都可能使軸承摩擦增大。故適當的粘度及較高的粘度指數是含油軸承的重要因素。
　　3.2 適當的粘度及較高的粘度指數
　　裝有粉末冶金軸承的電機在使用過程中一般不補油，軸承中潤滑油不足或無油，則引起軸與軸承磨損，發生摩擦聲而使軸承燒壞。所以粉末冶金軸承油除一般潤滑油性能外，要求油品在電機高速運轉條件下軸承中的潤滑油不隨電機的高速運轉而滲漏于電機外(即油品的防甩油特性)，即要求有較高的粘度指數及較好的粘附能力。當外滲的油品損失達50％時，則影響電機的使用壽命，而粉末冶金軸承的含油率(測試方法GB5165)又與油品的粘度有大的關系，低粘度的油含油率高、高粘度的油含油率低，電機高速運轉時油溫上升，容易引起油品粘度下降，輕組份蒸發，造成軸承中含油量減少，所以要求油品的輕組份要少即油品粘度不能太低，必須具有適當粘度和較高的粘度指數，使軸承中的含油率一直保持在18％左右。
　　3.3 防甩油特性
　　含油軸承體內有大量的與外界連通孔隙，故高速電機在使用過程中，由于軸承與軸相對滑動產生摩擦熱，使含油軸承中的潤滑油滲出或被甩出，造成電機外部有油，同時軸承中由于潤滑油的損失而摩擦增大，噪音增大，甚至出現軸承咬死電機燒壞，影響電機的使用壽命。所以防甩油組分的添加劑在粉末冶金軸承中必須加以考慮。
　　3.4 其它性能
　　粉末冶金軸承油除以上性能外，還必須具有良好的抗氧性，因油品氧化產生的酸性物質和油泥會堵塞軸承空隙，使軸與軸承接觸無油而磨損和電機燒壞。同時對于鐵基軸承，與空氣中水接觸很容易生銹，要求粉末冶金軸承油必須具有優良的防銹性能，此外還需具有一定抗磨性和用于食品粉碎機電機中的無毒性(食品級)等性能。
　　4 粉末冶金軸承潤滑油的市場情況
　　據不完全統計，國內生產粉末冶金軸承的單位目前不少于600家，一些有知名度的廠家如深廠等。他們的產量一般在100～500t/a，這些廠家圳德倉電機有限公司、揚州寶來德粉末冶金軸承主要集中在經濟發展較快的廣東、深圳及東南沿有限公司和廣東省信宜市社會福利粉末冶金制品地區。
　　從市場的用油情況看，一般軸承制造廠家都采用機械油、68號或100號普通液壓油，也有根據電機制造商要求采用Mobil 1#、Mobil 1130 或日本出光牌的68號液壓油，但存在的普遍問題是：在電機有效使用期內油品都有滲漏現象，而揚州寶來德粉末冶金軸承有限公司采用日本的軸承商指定專用油不出現滲油現象。
　　從粉末冶金軸承的市場和目前的用油情況可以看出，粉末冶金軸承潤滑油的市場很大。預計將目前幾家年產量大于100t的軸承制造廠家全部用上配套的粉末冶金軸承專用油，則此油的用量將大于100t。
　　5 結論和建議
　　 (1)粉末冶金軸承潤滑油是在粉末冶金軸承生產中就要加入的潤滑油，由于粉末冶金軸承的特殊結構，要求粉末冶金軸承潤滑油有與之性能匹配的特性，如合適的粘度、粘溫特性、防甩油特性等。
　　(2)目前粉末冶金軸承占國內軸承市場的份額越來越大，而所用的潤滑油還只停留在機械油階段，普遍存在電機的滲油現象。研制出在高速下使用的銅基專用油及在一般速度下的具有防銹能力的鐵基潤滑油，具有一定的市場潛力和科技含量。

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