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水下运转自如的氮化硅陶瓷轴承

更新时间:2021-10-29浏览:172次

承是机械设备中一种及其重要的零部件,其主要功能是支撑机械旋转体,降低其运动时的摩擦系数,并保证其回转精度,其作用与人体关节相似,故素有“机械的关节"之称。
   轴承的使用十分普遍,外露的内藏的,在许多你不知道的地方或许都有轴承在默默发挥作用。不过随着工业技术的高速发展,下游对轴承的性能要求也越来越高,采用钢质材料的轴承已经无法满足某些场合的需求,比如说水环境,就是钢质轴承的大敌。

   要知道,液态环境往往并不止有普通的水,比如说在航天领域某污水回收处理系统中,还需添加一定量的H2SO4和强氧化剂,用于抑制溶液中微生物的增长,因此对轴承的性能提出了更高要求。
   氮化硅陶(Si3N4)陶瓷材料对大多数酸,诸如盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)和磷酸(H3PO4)以及碱,比如苛性纳溶液(NaOH)具有良好的耐化学稳定性。只有氢氟酸(HF)和盐酸、硝酸的混合液(HCl/HNO3)能对Si3N4产生腐蚀。因此用Si3N4做出的陶瓷轴承可长时间工作于腐蚀性的酸、碱、盐等溶液中,在化学工业或核动力工业,陶瓷轴承可替代化学稳定性差的钢质轴承,其平均寿命比不锈钢轴承高4-25倍。

   不过单纯是不够的,轴承的服役寿命和性能同样很重要,在这些方面有着“陶瓷王"称号的Si3N4材料同样优势突出,或者说根本不算什么问题??它不仅,而且还具有密度小、硬度高、电绝缘、不导磁、抗压强度高、自润滑性能好等诸多特点,因此作为轴承材料时具有下方等诸多优势:
一、高速运转性能
   对一般轴承而言,当速度因数DN值在2.5×106以上,其滚动体的离心力便会随转速的升高而急剧增大,轴承的滚动接触表面的滑动摩擦加剧,轴承的寿命就随着缩短。但由于氮化硅陶瓷轴承的密度较低,它在高速旋转时陶瓷滚动体产生的离心力大大低于钢质滚动体,使其对外环滚道的压力和交变载荷相应减少,与钢制轴承相比速度可提高30%-60%,温升降低30%-50%,并且不容易出现“抱轴"现象,其使用寿命比钢制轴承提高3-6倍;同时,滚动体的离心力大大减少,由于滚动体的离心力引起的高速打滑现象也大大降低,从而使滚动体、保持架组件的惯性力减少。
二、性能

   温度变化对轴承的滚动疲劳寿命会产生较大影响,通常作为耐热材料使用的M50钢制轴承在250℃时的额定寿命约为常温下的1/10。而对于陶瓷轴承,由于陶瓷材料具有的高温性能,在高温工况下具有很好的滚动疲劳强度,试验结果表明,在1000℃高温下Si3N4还保持相当高的抗弯强度,因此陶瓷轴承有较好的接触应力和较长的疲劳寿命。
三、与金属轴承材料相似的疲劳损坏方式
   Si3N4陶瓷作为轴承材料除了以上性能外,更重要的是其疲劳损坏方式是非灾难式的,与轴承钢金属材料类似是发生蚀坑或出现剥落,而氧化铝、氧化锆与碳化硅陶瓷球的失效形式为碎料。另外,氮化硅陶瓷球的表面气孔数量、气孔尺寸、气孔分布均匀性、氮化硅陶瓷球表面粗糙度、氮化硅陶瓷球残余应力及润滑条件均对氮化硅陶瓷球滚动接触疲劳强度有较大影响。

四、自润滑性能
   Si3N4陶瓷材料本身具有减摩、抗磨、润滑功能,在不良的润滑工况条件如边界润滑、无油干摩擦情况下,显示出优越的减摩自润滑性能,可以大大提高机器的工作可靠性和使用寿命,并能降低机器噪声,减少维护费用。
五、非磁性且绝缘
  在强磁环境中,使用钢制轴承时,从轴承本身磨损下来的微粉被吸附在滚动体和滚道面之间,成为轴承提前剥落损坏、噪声增大的主要原因。不过氮化硅轴承是完全非磁性,其绝缘性能也很好,而且具有很好的承载能力,因此可用于需要完全非磁性轴承的场合。


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