軸承合金

製造軸承用的合金的總稱。對軸承材料，要求與軸表面的摩擦係數小，軸頸的磨損少，而能承受足夠大的比壓。常用的有巴比合金、青銅、鑄鐵等。 ^[1] 

用於製造滑動軸承（軸瓦）的材料，通常附着於軸承座殼內，起減摩作用，又稱軸瓦合金。最早的軸承合金是1839年美國人巴比特 (I.Babbitt)發明的錫基軸承合金(Sn-7.4Sb-3.7Cu),以及隨後研製成的鉛基合金,因此稱錫基和鉛基軸承合金為巴比特合金（或巴氏合金）。巴比特合金呈白色，又常稱“白合金” (white metal)。巴比特合金已發展到幾十個牌號，是各國廣為使用的軸承材料，相應合金牌號的成分十分相近。中國的錫基軸承合金牌號用“Ch”符號表示。牌號前冠以“Z”,表示是鑄造合金。如含有Sbll%和 Cu6%的錫基軸承合金牌號為“ZChSnSb11-6”。 ^[1] 

軸承合金應具有如下性能：①良好的減摩性能。要求由軸承合金製成的軸瓦與軸之間的摩擦係數要小，並有良好的可潤滑性能②有一定的抗壓強度和硬度能承受轉動着的軸施於的壓力；但硬度不宜過高，以免磨損軸頸。③塑性和衝擊韌性良好。以便能承受振動和衝擊載荷，使軸和軸承配合良好。④表面性能好。即有良好的抗咬合性、順應性和嵌藏性。⑤有良好的導熱性、耐腐蝕性和小的熱脹係數。 ^[1] 

巴氏合金具有軟相基體和均勻分佈的硬相質點組成的組織。典型錫基軸承合金中,軟相基體為 固溶體,硬相質點是錫銻金屬間化合物(SnSb)。合金元素銅和錫形成星狀和條狀的金屬間化合物(CuSn)，可防止凝固過程中因最先結晶的硬相上浮而造成的比重偏析。巴氏合金具有較好的減摩性能。這是因為在機器最初的運轉階段,旋轉着的軸磨去軸承內極薄的一層軟相基體以後,未被磨損的硬相質點仍起着支承軸的作用。繼續運轉時軸與軸承之間形成連通的微縫隙 ^[1] 

可作軸承材料的還有銅基合金、鋁基合金、銀基合金、鎳基合金、鎂基合金和鐵基合金等。在這些軸承材料中，銅基合金、鋁基合金使用最多。使用鋁基軸承合金時，通常是將鋁錫合金和鋼背軋在一起，製成雙金屬應用。即通常所説的鋼背輕金屬三層軸承。其他合金只在特殊情況下使用，如為減輕重量，有些航空發動機用鎂基合金作軸承；要求耐高温，用鎳基合金作軸承；要求高度可靠性的機器，用銀基合金作軸承。用粉末冶金方法制成的燒結減摩材料，也越來越多地用來製作軸承。 ^[1] 

軸承合金是摩擦係數小的合金材料。人們習慣於把用於製造滑動軸承（軸瓦）的有色合金材料稱為減摩合金或滑動軸承合金。 ^[1] 

錫青銅是人類應用最早的合金，已有約4000年的歷史。它具有耐腐蝕、耐磨損，有較好的力學性能和工藝性能，具有焊接和釺焊衝擊時不產生火花的特性；人類對錫青銅用作減摩零件和滑動軸承使用，可以追溯到18世紀中葉的工業革命時期。最早提出軸承合金概念的是美國人巴比特 (I.Babbitt)，1839年巴比特發明了錫基合金和鉛基合金用於製造滑動軸承，稱錫基減摩合金和鉛基減摩合金為巴氏合金。後來業內人士通常稱用於製造滑動軸承的銅基減摩合金和巴氏合金為軸承合金。銅基減摩合金、錫基減摩合金和鉛基減摩合金等滑動軸承合金也被當今業內稱為傳統減摩合金。 ^[1] 

1930年“二戰”前夕，德國為了解決銅資源緊缺和高成本的問題，開始尋找錫青銅、鉛黃銅及巴氏合金的替代品，啓動了新一代滑動軸承合金的研究。1935年，德國經過近五年的研究，發現鑄造鋅基合金和鑄造鋁基合金的力學性能和減摩性能均可以超過銅基合金和巴氏合金。1938年德國成功地使用鑄造鋅基合金替代錫青銅、鋁青銅和使用鑄造鋁基合金替代了巴氏合金等用來製造軸瓦（套）產品，而且裝備到軍事坦克和汽車中並取得良好的效果。1939-1943年“二戰”期間，德國鑄造鋅基合金和鑄造鋁基合金的年使用總量由7800噸猛增到49000噸，這一變化引起了國際鉛鋅組織的高度關注和重視。1959年，國際鉛鋅組織成員單位聯合啓動了一項科研計劃，命名為“LONG-S PLAN”，其宗旨是研發一種比銅基合金和巴氏合金的性能更高、使用壽命更長的新一代減摩合金，在該計劃中將此研發中的減摩合金稱之為long-s metal。1961-1963年間，國際鉛鋅組織成員單位率先研製出鋁基long-s metal減摩合金，牌號分別為AS7、AS12、AS20等。鋁基合金AS7、AS12首先被應用在汽車上替代了傳統的銅基合金軸瓦，使汽車的高速性能得到了很大提高，促進了汽車工業快速發展；在此之後鋁基合金AS20又在大、中型電動機、汽輪機、水輪機、工業泵、鼓風機、壓縮機等高速、中低載荷的工況下得到了應用，替代了傳統的巴氏合金，促進了裝備製造業的快速發展。上世紀70年代初期，加拿大Norand Mines Limied研究中心與美國Zastern公司合作，研製出鋅基long-s metal減摩合金ZA8、ZA12、ZA27等，並將ZA27減摩合金應用在軋鋼機、壓力機、齒輪箱、磨煤機、空調、精密機牀等低速、重載的工作場合，全面替代了傳統的銅基合金減摩材料。新一代long-s metal減摩合金的問世受到國際上廣大用户的極大關注，許多工業發達國家都在long-s metal研發上投入更多的人力、物力，僅美國就有數十家公司開發long-s metal鋁基、鋅基等系列減摩合金。由於long-s metal具有優良的減摩性、較好的經濟性，在製造業領域迅速得到推廣並全面替代銅基合金、巴氏合金等傳統減摩合金，具有很強的市場競爭力。後來人們稱long-s metal軸承合金為新型減摩合金。美國Zastern公司技術顧問Mr.Bess在其介紹“LONG-S PLAN”文章中指出：研製經濟型long-s metal減摩合金的目的，不僅僅是要在傳統軸承合金能夠勝任的場合替代它們，更重要的是通過long-s技術，使long-s metal應用於銅基合金和巴氏合金在強度、耐磨性不能滿足要求的場合。據Mr.Bess當時的預測：“long-s metal減摩合金在近期會有一個很大的發展，其生產規模和銷售市場將迅速擴大，二十一世紀將是long-s metal的全盛時期。” ^[1] 

緣於新型long-s metal與傳統的巴氏合金皆可用於製造滑動軸承，而且製造成本遠遠低於巴氏合金，故long-s metal被國內音譯為“龍氏合金”，業內稱long-s metal為新型減摩合金，更多人習慣稱之為新型軸承合金。1982年，國家鑄造技術的歸口單位瀋陽鑄造研究所，引進了美國ASTM B791-1979標準中long-s metal ZA27鋅基合金，經過近二年的消化吸收，開發出了國產鋅基ZA27新型軸承合金，國家標準代號為ZA27-2，標誌了我國新型減摩合金的發展拉開了序幕。1985年，由時任遼寧省副省長陳淑芝女士的倡導和瀋陽鑄造研究所有關領導的大力支持下，成立了由瀋陽鑄造研究所的技術組成的瀋陽軸瓦材料研究所，專門從事引進的long-s metal技術，以推動國內“龍氏合金”技術的發展及推廣。1991年，瀋陽軸瓦材料研究所首先在鋅基ZA27-2合金的基礎上，研究開發了高鋁鋅基ZA303合金材料，解決了ZA27-2低温脆性等缺點，並與當年通過了瀋陽市科學技術委員會科學技術成果鑑定，自此“龍氏合金”技術在國內各大高等院校和科研單位進行大範圍的擴散和技術交流，推動了我國“龍氏合金”的快速發展。 ^[1] 

1990年7月，第一屆國際納米科學技術會議在美國巴爾的摩舉辦，標誌着納米科學技術的正式誕生，該會議正式宣佈納米材料科學為材料科學的一個新分支。 ^[1] 

1999年，納米技術走向市場，基於納米技術的產品全球年總營業額高達到500億美元；一些國家紛紛制定相關戰略或者計劃，投入巨資搶佔納米技術戰略高地。日本設立納米材料研究中心，把納米技術列入新5年科技基本計劃的研發重點；德國專門建立納米技術研究網；美國將納米計劃視為下一次工業革命的核心；中國也將納米科技列為中國的“973計劃”。 ^[1] 

2001年，源自納米技術所衍生出來的一個技術分支---微納米應用技術。發達國家的微納米應用技術在基礎材料領域已經得到應用並取得了驚人的成果，尤其是應用微納米技術製造出的許多微晶合金材料，正在對人類產生深遠影響，已徹底改變了人們的思維方式。微晶合金是一種合金晶粒細化至微米級的合金材料，具有這種超微晶粒的合金可以實某一特殊方面表現出極其優異的綜合機械性能、超強的尺寸穩定性和耐磨性。 ^[1] 

2005年，中國微米納米技術學會正式成立，標誌着我國的微納米應用技術起步。中國微米納米技術學會會員單位的科研人員將微納米技術應用在特種減摩合金材料領域，先後開發出了為滿足某些單項性能有特殊需求的微晶合金材料，如航空發動機用輕體鎂基微晶合金、耐高温的鎳基微晶合金、要求高度可靠性的銀基微晶合金等。特種微晶軸承材料不僅填補了減摩材料國內的空白，而且從材料的單項性能方面保持了與世界微晶合金技術的同步發展。 ^[1] 

2009年，中科院瀋陽金屬研究所、中科院瀋陽鑄造研究所、東北大學、瀋陽理工大學等微納米技術應用研究領域的專家們，開展產學研聯合攻關；研發出一整套微合金化處理及低温急冷等聯合熔鑄工藝技術（俗稱三次熔鍊工藝法），實現了經濟型微晶合金的製備；已有四種經濟型微晶合金材料在國內已經實現了批量生產，其中包括具有超低減摩係數的微晶合金LZA3805，具有較大PV值特性的微晶合金LZA4008，具有超耐磨特性的微晶合金LZA4205，具有良好抗衝擊特性的微晶合金LZA4510等。微晶合金可以滿足單項性能特殊要求的特性，是區別於傳統普通減摩合金的重要標誌，為裝備製造業實現減摩材料的定製化生產，滿足了設備製造的個性化需求，為實現裝備製造的高效率、高精度、高可靠性、低成本等方面提供了有力的保障。 ^[1] 

2010年，採用微晶合金製造的軸瓦、軸套、蝸輪、滑板、絲母等系列減摩產品，已經成功地在鍛壓設備製造行業、數控機牀製造行業、減變速機制造行業、重型礦山設備製造行業、工程機械製造行業中得到了應用。 ^[1] 

微晶合金產品以其高可靠性及穩定性成功替代傳統減摩合金和新型減摩合金產品，取得了良好的社會效益和巨大的經濟效益，標誌我國軸承合金進入了微晶合金時代！ ^[1]