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粉末冶金轴承润滑油的现状分析

2012-09-28

作者：凌为霞
（润滑油上海分公司）
　　粉末冶金业是一个采用特殊材料制作各种零件的工业，是以还原铁粉或电解铜粉作为原料制成各种铸件、锻件、齿轮、轴承和标准件的行业，广泛地应用于运输机械、产业机械和电器机械等。
　　粉末冶金轴承是其中的一个领域，也叫含油轴承或烧结轴承，主要用于微型电机，如电声器件、家用电器、电子计算机等电机，由铁粉、铜粉经过模具压模、高温煅烧、高压抛光制得。产品具有一定的空隙度，与一般轴承的Z大区别在于它本身可以含油，使用中无需补油，含油轴承的油含量一般控制在不小于18％(体积分数，高的可达22％～24％)。轴承内的这种润滑油称为粉末冶金轴承润滑油，按轴承的冶金粉末材质，粉末冶金轴承主要分为铜基、铁基，铜基轴承一般使用于转速较高的电机(如20000r/min以上的电机)，铁基轴承则大多使用在相对较低转速(500～2500r/min)的电机(也有少量10000r1min以上的电机)，所以相应的粉末冶金轴承润滑油有用于高转速的铜基轴承油和低转速的铁基轴承润滑油。
　　1　国内外发展状况
　　粉末冶金业在国外发展较早，始于19世纪80年代，当时产品主要是机械零件、摩擦材料、集电材料等，轴承制品是20世纪30年代的产品，其中以日本发展为Z快，1956年轴承产品总产量是494t(铜基317t，铁基177t)，1963年增至1586t(铜基978t，铁基608t)，增长了3倍之多，其中相应的润滑油也从Z初的一般矿物油中加抗氧剂，到后来的粉末冶金轴承专用油。专用油的性能也从一般的润滑油发展到具有防甩油特性、抗氧性、抗磨性及防锈的高粘度指数的润滑油。
　　国内则始于20世纪50年代中后期，80年代出现需求旺盛，开始有铜基轴承，后来由于铁基成本低的特点，开始大批量发展铁基轴承，生产的产品大多用于齿轮和机床等机械的一般电机。随着电子工业的发展，微型电机的问世，开始有配套的微型轴承生产，所用润滑油主要以机械油为主，其次是68号、100号普通液压油，一般是根据电机制造商的要求而使用，出口产品则使用内燃机油(港澳及南方地区在出口产品中常用Mobil1#)，所以粉末冶金轴承润滑油使用在国内比较零乱，尚无国标及专用油生产。
　　2　粉末冶金轴承及润滑油的特点
　　轴承一般分为滚动轴承和滑动轴承两大类，润滑条件对滚动轴承的影响不明显，但对滑动轴承的使用性能却有直接的影响。滑动轴承又分干式轴承和粉末冶金轴承，干式轴承是青铜基体中分散着固体的润滑剂(如石墨、MoS2、Pb等)，摩擦系数高，适用于高温工作条件，粉末冶金轴承则适用于在边界润滑区域中相应负荷低、摩擦系数小的领域-3J。它具有几个特点：因其本身含有润滑油，在使用中不必经常补油(一般泵机)或不补油(微型电机)；制作方便，可直接压制成各种形状的轴承；在不补油的情况下，使用周期不小于1000h，微型电机一般不小于2000h，这对家电行业设备很有帮助；另外比一般金属轴承生产成本低，宜于大量生产。
　　粉末冶金轴承因其制作工艺的特殊性，其润滑结构及润滑机理与一般金属轴承有所区别，图1分别是含油轴承(粉末冶金轴承)和一般金属轴承的结构。
　　一般金属轴承在轴开始转动时，聚集在不承受负荷的上部空间的润滑油粘附于轴上部，随轴的转动，逐步将油送人轴下部的狭缝中，将轴与轴承隔开，起润滑作用。而含油轴承，在轴不转动时，Z底部的轴与轴承的接触面是以含油轴承缝隙问相互连通的润滑油薄层隔离，作用结构见图2。轴转动时，在轴与轴承表面存在凹凸面的因素影响下，产生摩擦热，使轴承表面温度升高，轴承本身所含的润滑油粘度减小，加速其从含油轴承的缝隙中渗出，隔离轴与轴承起润滑作用。含油轴承润滑的特点是润滑油从无负荷侧通过轴和轴承问的间隙向负荷侧流动，而在轴承内部正好相反，润滑油是从负荷处向无负荷处流动。

　　3　粉末冶金轴承对润滑油的要求
　　3.1 适当的PV值与摩擦性能
　　对一般轴承其负荷P、速度V及它们的积PV是轴承承受负荷Z基本因素。对粉末冶金轴承来讲，选择轴承材料时必须考虑小于负荷P和容许速度V，在日本、美国对铁基和铜基含油轴承的负荷和速度及它们的积PV都有规定。
　　粉末冶金轴承的润滑属于边界润滑，刚启动时，由于产生金属摩擦，摩擦系数较高，约0.15～0.30；但随着运转，含油轴承空隙间的油慢慢形成油膜，金属摩擦减少，摩擦系数减小，约0.05～0.10，与流体润滑相当。不同的PV值其摩擦系数不同，一般摩擦系数是随PV值的增大而逐渐减小，当PV值一定时(即选定了一种冶金材质)摩擦系数又与所用的润滑油粘度有关，粘度太大油膜厚，油品不易吸人轴承中；粘度太小，油膜薄，电机运转时油容易从轴承溢出而渗出电机，所以油品粘度太大或太小都可能使轴承摩擦增大。故适当的粘度及较高的粘度指数是含油轴承的重要因素。
　　3.2 适当的粘度及较高的粘度指数
　　装有粉末冶金轴承的电机在使用过程中一般不补油，轴承中润滑油不足或无油，则引起轴与轴承磨损，发生摩擦声而使轴承烧坏。所以粉末冶金轴承油除一般润滑油性能外，要求油品在电机高速运转条件下轴承中的润滑油不随电机的高速运转而渗漏于电机外(即油品的防甩油特性)，即要求有较高的粘度指数及较好的粘附能力。当外渗的油品损失达50％时，则影响电机的使用寿命，而粉末冶金轴承的含油率(测试方法GB5165)又与油品的粘度有大的关系，低粘度的油含油率高、高粘度的油含油率低，电机高速运转时油温上升，容易引起油品粘度下降，轻组份蒸发，造成轴承中含油量减少，所以要求油品的轻组份要少即油品粘度不能太低，必须具有适当粘度和较高的粘度指数，使轴承中的含油率一直保持在18％左右。
　　3.3 防甩油特性
　　含油轴承体内有大量的与外界连通孔隙，故高速电机在使用过程中，由于轴承与轴相对滑动产生摩擦热，使含油轴承中的润滑油渗出或被甩出，造成电机外部有油，同时轴承中由于润滑油的损失而摩擦增大，噪音增大，甚至出现轴承咬死电机烧坏，影响电机的使用寿命。所以防甩油组分的添加剂在粉末冶金轴承中必须加以考虑。
　　3.4 其它性能
　　粉末冶金轴承油除以上性能外，还必须具有良好的抗氧性，因油品氧化产生的酸性物质和油泥会堵塞轴承空隙，使轴与轴承接触无油而磨损和电机烧坏。同时对于铁基轴承，与空气中水接触很容易生锈，要求粉末冶金轴承油必须具有优良的防锈性能，此外还需具有一定抗磨性和用于食品粉碎机电机中的无毒性(食品级)等性能。
　　4　粉末冶金轴承润滑油的市场情况
　　据不完全统计，国内生产粉末冶金轴承的单位目前不少于600家，一些有知名度的厂家如深厂等。他们的产量一般在100～500t/a，这些厂家圳德仓电机有限公司、扬州宝来德粉末冶金轴承主要集中在经济发展较快的广东、深圳及东南沿有限公司和广东省信宜市社会福利粉末冶金制品地区。
　　从市场的用油情况看，一般轴承制造厂家都采用机械油、68号或100号普通液压油，也有根据电机制造商要求采用Mobil1#、Mobil1130或日本出光牌的68号液压油，但存在的普遍问题是：在电机有效使用期内油品都有渗漏现象，而扬州宝来德粉末冶金轴承有限公司采用日本的轴承商指定专用油不出现渗油现象。
　　从粉末冶金轴承的市场和目前的用油情况可以看出，粉末冶金轴承润滑油的市场很大。预计将目前几家年产量大于100t的轴承制造厂家全部用上配套的粉末冶金轴承专用油，则此油的用量将大于100t。
　　5　结论和建议
　　(1)粉末冶金轴承润滑油是在粉末冶金轴承生产中就要加入的润滑油，由于粉末冶金轴承的特殊结构，要求粉末冶金轴承润滑油有与之性能匹配的特性，如合适的粘度、粘温特性、防甩油特性等。
　　(2)目前粉末冶金轴承占国内轴承市场的份额越来越大，而所用的润滑油还只停留在机械油阶段，普遍存在电机的渗油现象。研制出在高速下使用的铜基专用油及在一般速度下的具有防锈能力的铁基润滑油，具有一定的市场潜力和科技含量。
来源：《高桥石化》　2004年2月　

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