摘 要：金属磨损自修复材料，是由一组天然矿石材料的超细粉体 构成的，添加在润滑脂（或油）中，轴承运转中，在摩擦表面金属磨 损时产生的热能作用下发生化学置换反应，在滚动体和滚道的摩擦表 面生成光洁度的铁基硅酸盐耐磨保护层（金属陶瓷层），使轴承的使 用寿命获得大幅度增 大。 自改革开放以来，我国 轴承工业的发展取得 了举世瞩目的成就。 中国轴承产品产量世 界领先，而且在尺寸精 度、旋转精度、振动噪 声、寿命和可靠性等方面也都取得了明显的进步。但是国产轴承与国 外轴承生产大国的产品相比，在品种上和质量上还存在着较大的差 距。要进一步增加品种和提高质量，必须在轴承的设计、制造、材料、 测试和润滑等综合技术上下功夫，需要有一个发展的过程。金属磨损 自修复材料在国产轴承上的应用提高了轴承的可靠性，降低了轴承滚 道和滚动体之间的摩擦系数，大幅度延长了轴承的使用寿命，使通用 轴承向 “无限寿命”新概念要求的方向前进了一大步，具有显著的经济效益。

金属磨损自修复材料”增加轴承寿命和可靠性的机理：
“金属磨损自修复材料”，是一组由羟基硅酸镁[Mg6（Si4O10）（O H）8]等天然矿石材料构成的复杂组分的微米级粒径颗粒材料。主要 取之于天然矿石材料的这些组合物不溶解于润滑脂，不和润滑脂发生 化学反应，不改变油的黏度和其他理化性质，无任何毒副作用，在常 温下的化学性质十分稳定。当润滑脂作为载体将这些微粒材料带入轴 承组合件中时，这些微粒材料在轴承转动中对轴承跑道和滚动体产生 超精研磨作用，发生一系列物理的和化学的变化，改变了摩擦表面的 金属微观结构。

微粒材料在金属摩擦表面发生的物理变化是：滚动体在滚道内滚 动中，在摩擦力的作用下，超细微粒颗粒被进一步碾碎，此时微小颗 粒对金属摩擦表面产生超精研磨作用，有足够硬度的微粒的超精研磨 作用造成金属表面微凸体断裂，使得轴承摩擦表面的光洁度进一步提 高。

微粒材料在金属摩擦表面发生的化学变化是：在超精研磨中，微 凸体断裂时产生的闪温使微粒晶体中镁原子与摩擦表面的铁原子发 生置换反应，在铁基金属摩擦表面生成铁基硅酸盐保护层，亦称金属 陶瓷层。这一铁基硅酸盐保护层是在金属表面微凸体发生断裂出现闪 温时产生的，在非磨损部位上不产生摩擦热，不发生化学置换反应。 因而这种铁基硅酸盐保护层的生成有选择性，它只会在轴承的滚动体 和跑道的金属摩擦表面生成一层耐磨的保护层。轴承在转动中不断发生磨损，磨损产生的微凸体断裂和释放的热能使这种化学置换反应继 续进行。当其表面生成一层金属瓷保护层后，使其表面光洁度提高、 摩擦系数降低，磨擦产生的热能下降，化学置换反应也就停止。但是 当这一耐磨保护层受到破坏时，金属表面的摩擦热急剧增加，新的置 换反应又将开始，使耐磨保护层得到恢复。
目视可见，轴承滚道和滚动体上生成的金属陶瓷保护层乌黑发 亮，有淡兰色金属光泽。 经测定，这种耐磨的保护层有优良的力学和物理性能：

摩擦系数 μ：0.003~0.007

显微硬度 Hv：提高 1 倍

表面粗糙度：达 14 级

膨胀系数：13.6~14.2（与钢相同）

耐高温：1575℃~1600℃ 耐腐蚀：优良

因此，在轴承润滑脂中加入微量“金属磨损自修复材料”后，轴承 的使用寿命可得到大幅度延长，轴承的可靠性水平也得到相应提高。 并且由于轴承的摩擦系数降低，可节省大量动力能源消耗。

使用“金属磨损自修复材料”轴承的寿命试验情况 ： 国家轴承质量监督检验中心，对使用“金属磨损自修复材料”的 620 5 轴承进行了寿命实验。对送检的 24 套轴承全部进行了达到一等品 标准要求的 3 倍额定寿命试验，从中再任意抽取 8 套轴承进行了达到 优等品标准要求的 5 倍额定寿命试验，而后再从中任意抽取 4 套轴承进行完全寿命试验。

试验报告给出的结论是：

1、 经 21 倍额定寿命试验的轴承基本保持试验前的旋转精度。当试 至 3 倍额定寿命时，旋转精度有所下降；试至 5 倍额定寿命时，旋转 精度恢复到原始值。

2、 试至 21 倍额定寿命的轴承的径向游隙与试验前的径向游隙比较 有少量变化。当试至 3 倍额定寿命时，游隙平均减少 2.5μm；当试至 5 倍额定寿命时，游隙平均增大 3μm（基本恢复到试验前数值）。随 着试验时间的继续增加，轴承径向游隙有时增加有时减少，变化量很 小。试至 21 倍额定寿命时，又基本恢复到试前数值。

3、 轴承试至 21 倍额定寿命时，轴承套圈滚道和钢球表面乌亮，基 本没有磨损。

4、“金属磨损自修复材料”在轴承中应用，能延长轴承的使用寿命。

在轴承寿命试验过程中出现过下述情况：当试验进行到 8 倍额定寿 命时，编号为 SM21-024 的轴承内圈滚道因生产时存在砂轮花状磨削 烧伤而失效。对此，试验报告指出：通常轴承滚道有磨削烧伤的轴承 在寿命试验时，达不到 1 倍额定寿命滚道就会发生剥落而失效。该轴 承试验到了 8 倍额定寿命，这显然是“金属磨损自修复材料”起到了延 长轴承寿命的作用。

在轴承寿命试验过程中，曾 3 次发生尼龙保持架熔化并流出，但 轴承更换新的尼龙保持架后仍可继续使用。原因是：该润滑脂使用温 度为 80℃，在轴承寿命试验中因轴承连续运转温度升高而使润滑脂流失。在干摩擦下造成轴承温度进一步升高到超过 254℃，从而使尼 龙保持架熔化而流出。以往发生这种情况时，钢球和套圈会发生退火 并粘结在一起，使轴承失效。但本次试验轴承套圈和钢球都完好无损， 说明生成的金属陶瓷保护层发挥了作用，使干摩擦系数降低，干摩擦 产生的热量不足以使钢球和套圈退火和粘结。 (详见国家轴承质量监 督检验中心：“金属磨损自修复轴承寿命试验报告”)。 受到试验经费 的限制，6205 轴承的寿命试验进行到 21 倍额定寿命而停止。

使用“金属磨损自修复材料”工艺措施的轴承的生产和应用情况： 哈尔滨某轴承有限公司从去年以来对生产出的新轴承进行金属 磨损自修复材料工艺处理，取得了明显的效果。

1、高速电机主轴轴承

高速电机主轴轴承经过金属磨损自修复材料工艺处理后，提高了 极限转速，在 dn ≤1×106 转/分的转速下仍可使用脂润滑。 正常情况下当轴承转速 dn≥0.4×106 转/分时，必须采用油雾润 滑。供油设备需要有空气压缩机、油路及高级定子油，在高压空气携 带下向轴承内部喷油。油气从轴承一端喷入，从另一端喷出，逸出的 油雾在空气中漂浮造成空气污染，使油耗增大，空压机用电量也较大， 噪声亦大。用金属磨损自修复材料处理后的轴承，用脂润滑代替油雾 润滑，完全解决了油雾润滑产生的不利影响，减化了供油的机械加工， 节约了产品的制造成本。使用油雾润滑的轴承的使用寿命一般为 2 个 月，经金属磨损自修复材料工艺处理的轴承，使用脂润滑其使用寿命 可达 1 年。

2、数控机床主轴轴承

数控机床主轴轴承用双联、四联角接触球轴承，该轴承经用金属 磨损自修复材料工艺处理后，在装机使用中其精度、温升、噪声、刚 度与“SKF”公司的同类产品相比没有任何区别。该机床已工作了一年 多，其性能仍保持不变。

3、油田稠油泵轴承

油田稠油增压泵轴承由深沟球轴承、圆柱滚子轴承、推力球轴承 组成，工作介质为稠质原油，泵的使用寿命通常不超过 3 个月。而且 油泵工作 1 周左右，泵效就开始下降，工作 3 个月泵效下降 70%， 噪音也较大，需停机维修。该轴承经使用金属磨损自修复材料工艺处 理后，整机噪声由 97dB 下降到 80dB，无异常音，泵效由 53M3/h 提高到 63M3/h，电机输出功率下降 17%。现已工作 2 个月，仍保持 状态不变。

4、轧钢机轧辊轴承

该轴承承受较重的载荷，大型轴承每套价格在 1000~2500 元左 右，轴承使用寿命较短，一般为 15 ~20 个工作日，维修成本较高。 用金属磨损自修复材料工艺处理该轴承后，寿命提高 5 倍以上，大大 降低了维修成本。

5、材轧辊导轮轴承

轧线材轧辊导轮轴承的线速度为 120 米/秒，导轮转速 15000 转 /分，轴承的寿命只有 8 小时。使用金属磨损自修复材料工艺处理后 的轴承，使用寿命达到了 40 小时。

6、无受力盲区自行车中轴轴承

该自行车为运动员专用赛车。由于结构限制，要保证轴承的寿命， 轴的直径不能加大，在使用中，经常发生中轴断裂事故。对该轴承使 用金属磨损自修复材料技术后，轴承的承载能力大大提高，在轴承外 径尺寸不变的条件下，使中轴的直径加大 3mm，从而解决了中轴断 裂的问题。由于中轴承摩擦系数降低，使运动员的成绩提高了 6%。

对轴承使用金属磨损自修复材料工艺处理，是一项开拓性的工 作，应用的范围正在逐步扩大之中，所取得的效果是令人鼓舞的。上 述应用项目仅是其中取得了准确数据的一部分实例 。