无磁滑动轴承材料及电弧沉积制备工艺研究文献综述

 2023-08-27 18:57:07
  1. 文献综述(或调研报告):
  2. 磁流体轴承

磁流体是磁性粒子(如 Fe3O4、镍铁、Co、ε-Fe3N等)在载液中形成的稳定的胶状悬浮液体[4]。磁流体的一个重要应用便是作为润滑剂使用。得益于磁流体优异的超顺磁性和流变特性,磁流体在轴承领域被广泛应用。[5]与传统润滑油相比,磁流体作为润滑剂的主要优势在于它可通过外部磁场保持在所需位置,同时仍具有流动性[6]。因此,磁流体轴承相较于那些用传统非磁性牛顿体作为轮滑剂的轴承,有着更好的承载性能、更小的噪音小和振动[5],因而磁流体轴承能在高温、重载等更加恶劣的环境下工作[7]

磁流体轴承的研究起步于上世纪60、70年代,且多数为理论研究,以计算模拟为主。随着时代发展,磁流体轴承应用越来越广泛,对于磁流体轴承的研究也不仅仅局限于理论。在磁流体轴承的应用需求下,本课题将重点研究无磁滑动轴承材料的制备。

  1. 巴氏合金的简介

巴氏合金,即巴比特合金,又称为白色金属,是由美国人巴比特在1839年申请的一种锡锑铜合金专利而得来的[8, 9]。巴氏合金自问世以来,就受到了人们的广泛关注,获得了广泛的应用。巴氏合金作为一种拥有良好耐磨性能,高延展性能,高导电性能的合金,且得益于巴氏合金的组成元素与钢之间良好的兼容性,如今已经被广泛地应用,作为各种滑动轴承的零部件材料[8, 10-12]

巴比特合金通常是由软基质和增强相夹杂物组成[13]。巴氏合金的软基体上分布着硬颗粒相,在整个结构组织中软基体内凹,硬颗粒组成的硬基体外凸;软相基体使巴氏合金具有非常好的嵌藏性、顺应性和抗咬合性,而外凸的硬质点起到一个支撑的作用,两者之间因凹凸存在的微小间隙用于润滑油,起到一个减摩润滑的作用。具有减摩特性的巴氏合金是唯一适合相对于低硬度轴转动的材料,与其他轴承相比,具有更好的适应性和压入性,多应用于大型船用采油机、涡轮机、交流发电机,以及其他矿山机械和大型旋转机械中。

常用的巴氏合金可以分为锡基和铅基,其中,铅基合金主要合金成分是铅、锑、锡和铜,其合金强度和硬度比锡基合金低,耐蚀性较差;锡基巴氏合金各方面性能都优于铅基合金,因此更受到青睐。锡基巴氏合金常用的牌号有ZChSnSb11-6、ZChSnSb8-4和ZChSnSb8-8。尽管铅基合金的性能没有锡基合金好,但因其较为经济的价格,仍有许多人选择使用,常用的铅基巴氏合金的牌号有ZCHPbSb16-16-2、ZCHPbSb1-16-1等。

  1. 冷金属过渡焊接技术(CMT)

冷金属过渡(CMT)焊接是一种相对较新的技术,它部分地减弱了来自于填充线进给速度的电弧瞬变,使得热量的输入大大减少[14]。相较于MIG,冷金属过渡焊接技术具有低热输出、高熔丝融化系数、所需电流少等优点,因此在一定情况下CMT可以代替MIG或与MIG混合使用[15],甚至可以用CMT代替MIG使用。

CMT作为一种比较新颖的焊接技术,现如今已经有许多相关研究。L. Agudo[16]等人使用AlSi3Mn1作为填料,利用CMT焊接钢与铝,并对焊缝残余应力进行了详细分析,实验证明用CMT焊接产生了更小的残余应力;Minjung Kang和Cheolhee Kim[17]使用电CMT弧焊将Al 5052合金连接到热浸镀铝钢板上,比较四种不同填充金属对焊缝润湿性、IMC层、剪切强度、耐腐蚀性等方面的影响;S. Madhavan、M. Kamaraj和L. Vijayaraghavan[18]利用CMT技术并使用AlSiMn 填料将 A6061-T6 铝合金连接到双相800钢,分析了工艺参数对接头组织和抗拉强度的影响;Chen Chen[19]等人采用冷金属转移电弧沉积技术在薄钢板上制备了厚度薄,宽度大的锡青铜熔覆层,其中锡青铜为巴氏合金的主要组成,其在研究了熔覆层和薄钢板的形貌,组织和力学性能后,发现焊接后所得的钢板强度和硬度均得到提高。

  1. 技术展望

若巴比特合金与无磁不锈钢能在不额外产生磁性的前提下较为完美地焊接结合,并且拥有不低于普通轴承的强度,相较于应用在磁流体环境中的无磁轴承,新型无磁滑动轴承因巴氏合金与不锈钢的结合,可以同时拥有良好的强度硬度、良好的耐腐蚀性和耐磨性等性能,满足如汽车发动机、医疗检查设备中高速及重载应用场景要求。因此,新型无磁滑动轴承具有一定的应用前景。

参考文献:

[1] 杨晨星, 杨卯生, 赵昆渝, et al. 新型无磁轴承合金的固溶时效析出强化机理 [J]. 材料热处理学报, 2019, 40(05): 115-22.

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