减摩材料

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册上》第242页（2125字）

4．1．1 对减摩材料的要求与选择要点

对减摩材料的要求为：1．摩擦系数低且摩擦过程中变化不大；2．较好的耐磨性、抗粘附性；3．良好的顺应性和对异物的嵌藏性；4．足够的强度，包括抗塑性变形能力和疲劳强度；5．良好的物理、化学性能，包括导热性好，热膨胀系数小，抗腐蚀好，对油膜的吸附性强；6．良好的工艺性；7．成本低。

选用减摩材料时，应注意下述要点：

①从“摩擦学系统”的观点考虑选材。减摩材料所具有的减摩擦性并非是材料固定不变的性质。一种减摩材料，只有在一定的工况、环境、对偶件下才可能具有良好的减摩性。故选材时，除配对材料需一同选定外，还应考虑润滑剂及其供给，载荷、速度、温度、介质等。

②材料的互溶性，互溶性小或不溶，可减小粘附，从而减小摩擦。但如摩擦副表面能保证存在润滑膜，则互溶性的大小就无太大意义。

③表层金相组织应具有多相结构，这可提高材料强度，减小发生粘附倾向，提高疲劳强度。

④界面上能形成脆性金属间化合物，使粘附点易分离。形成脆性金属间化合物的典型元素是锡和锑。

⑤金属材料中存在分离状的软组织。如铜铅合金中的铅，铝锡合金中的锡，在载荷作用下，一部分被挤压变形移至表面，形成覆盖薄膜而起减摩作用。其低熔点也有利于在微凸体附近熔化被展平，使温度均布。

⑥有利于形成有润滑作用的边界膜。

⑦金属的晶体结构。六方晶体金属材料互摩时摩擦系数小。

4．1．2 常用的减摩材料

这里简单介绍如下几种常用减摩材料有：

①巴氏合金(白合金)。有锡基巴氏合金和铅基巴氏合金。二者强度和减摩性接近，但铅基的成本较低，高温强度好，有自润滑性，而耐腐蚀性和导热性不如锡基，对钢背的附着能力电不如锡基。这两种均是广泛应用的减摩轴承材料，但由于它们的机械强度不高，耐温性较差，故主要用于载荷不大，速度不高的场合。

②铝基轴承合金。目前应用的有铝锑镁轴承合金和高锡铝基轴承合金。

③铜合金。主要有锡青铜和铅青铜。铅青铜的承载能力高，耐疲劳性能好，能在250℃以下正常工作，但顺应性和嵌藏性较差，故与之匹配的钢轴颈表面硬度不应过低，一般以HBS＞300为宜。另外，铅青铜不耐腐蚀，与钢背附着力不如锡青铜。

④减摩铸铁。具有片状石墨珠光体组织，因含石墨而有减摩性。但其抗疲劳性、顺应性、嵌藏性等较差，故仅用于轻载低速或对减摩性要求不高的场合。

⑤粉末冶金减摩材料。主要有铜基(85～90%铜，余为石墨、锡、铅等)，铁基(96%铁粉，余为石墨)，制品如含油轴承。目前，还有铅基、锌基、锡基、银基和镍基粉末冶金，其中固体润滑剂除石墨外，可添加硫、硫化物、钼、钒及其他金属硒化物、氟化物，还可添加锰、铬、钼、镍等合金元素和各种碳化物、以获得具有特殊功能的减摩材料，可在高温、高真空、无润滑下工作。

此外，还有非金属减摩材料。常用的非金属减摩材料有：聚酰胺(尼龙)、聚甲醛、聚四氟乙烯、聚碳酸脂、聚砜、石墨、氟化石墨、二硫化钼、氮化硼等，其性能和特性见第二篇。非金属减摩材料中，有的可单独作成机械零件，但多数情况下则作为一种固体润滑剂使用(见本章5．4)。使用非金属减摩材料时，应注意：1．温升。一般非金属减摩材料的导热性较差，若散热不佳，将导致温度剧增，此时磨损将显着加快。实验表明，聚四氟乙烯基轴承和不锈钢轴相配时，磨损量随载荷的增加有明显增加。但采用铜轴颈后，由于铜的导热性好，磨损量随载荷的增加几乎不变。2．表面粗糙度的影响。一般有一最佳值，过高或过低均使摩擦系数增加。不同聚合物也有差别，如在金属表面上所形成的转移膜的可塑性好，能覆盖粗糙面，则摩擦时的微切削作用减少，摩擦系数低，摩损小。若转移膜较脆，摩擦系数则无明显降低。3．配对性。一般减摩聚合物对减摩聚合物，因两者导热性均差，应特别注意摩擦热引起温升对摩擦和磨损的影响。而且应使配偶件的结构和化学成分差别较大，其中均不宜含有抛光作用的填料。4．填料。如所加填料能在对偶金属表面形成转移膜，则应防止该转移膜的消失(例如聚合物中加入类似石墨的碳化纤维，可在对偶面上形成转移膜，但遇水即消失)。所加填料对配偶金属表面有抛光作用，能够改善耐磨性。