金属磨损自修复技术对轴承寿命的影响？
表面强化方法已成为国内外实现轴承长寿命的有效途径。其工艺方法从近代发展起来的激光、电子束、离子束等表面技术，发展到探索将纳米多功能混合组元材料应用于轴承工作表面，从而实现防锈、防腐蚀、低摩擦系数、高硬度、耐高温、耐磨、耐冲击等综合性能优异的表面工程技术。
金属磨损自修复技术(以下简称ART)可以同时实现综合性能优异的表面工程技术。它是一种超微粉，是一种动态的纳米级作用机制。这种新的智能自修复技术彻底改变了表面工程领域。将为提高轴承的寿命和可靠性带来新的机遇，为提高装备制造业的综合实力做出贡献。
1与ART技术简介
1-1:美术技术是拥有自主知识产权的专利技术。
艺术技术是一种亚微米矿物粉末组合物，由羟基硅酸盐的复杂成分组成。经过几年的不懈努力，中国工程技术人员利用中国的矿产资源进行技术创新和改进。
2002年获中国国防专利。
2009年2月，在中国获得国家专利。
1-2:艺术产品
ART技术是集“抗磨、抗磨、原位自修复”三大功能于一体的平台技术。北京威视阿尔特新技术有限公司根据不同的摩擦条件，开发了“Okmo”品牌的19系列产品。
其现代化的艺术粉制备设备和一流的测试中心不仅能满足国内市场的需求，而且质量超过国外同类产品。为了验证该产品在实际工况下的应用效果，从2008年开始在包钢热轧生产线上进行ART轧机轴承延寿试验。通过在轧机轴承摩擦表面涂覆“Okmo”，一年的生产试验证明，轧机轴承的使用寿命提高了1倍以上。见图1，包钢热轧生产线646290轴承滚动体金相组织。
根据MEF4A高级金相显微镜，在滚动体的摩擦表面有一层艺术金属陶瓷保护层，厚度为0.006毫米..
说明在冲击和摩擦的共同作用下，ART粉末质量优良，类金属陶瓷保护层分布均匀稳定，完全满足技术特性和指标。这和市面上的各种机油添加剂是不一样的。
金属与金属之间的摩擦转变为金属陶瓷保护层与金属陶瓷保护层之间的摩擦。毫无疑问，轴承的使用寿命将会大大提高。
1-3:艺术科技是国家相关部委支持的。
该技术的研究和应用得到了国家相关部委的关注和支持。2002年9月18日，由原国家经贸委直接主持，会同国防科委、科技部、铁道部、交通部、教育部、国家环保总局召开了“金属磨损自修复材料”产品全国鉴定会。由许、钟群鹏、丁传贤、张福泽等***17专家组成的鉴定委员会一致同意该项目通过鉴定，其主要鉴定意见如下:
金属磨损自修复材料是具有自主知识产权的高科技产品，具有世界先进水平。研制成功的金属磨损自修复材料具有广阔的应用前景，可推动我国表面工程摩擦学领域的应用基础研究。
同时可以促进我国传统产业的升级改造，对我国国民经济的发展产生巨大影响，“这种高科技产品要迅速转化为生产力”；国家经贸委将艺术项目列入“2002-2016国家科技创新计划”。
国务委员吴仪亲自视察了项目的鉴定会，专家们正在对项目进行讨论。
1-4:艺术的技术特征:
(1)，金属磨损自修复材料的主要特点是在金属摩擦表面生成耐磨的陶瓷保护层。
(2)金属磨损自修复材料属于超细粉体材料，在机器正常使用条件下，无需拆卸即可修复磨损零件。
(3)自修复材料可以选择性补偿表面磨损，耐磨陶瓷保护层的生长厚度与超细粉末的量和摩擦释放的能量成正比，自动调节。
(4)耐磨陶瓷保护层与原金属表面无明显界面。
(5)耐磨陶瓷保护层使摩擦系数比油膜润滑降低了一个数量级。
(6)耐磨陶瓷保护层具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。只要完全保持保护层的形状，就可以延长零件的使用寿命，不需要更换零件。
(7)耐磨陶瓷层不仅可以补偿间隙，恢复零件原有形状，还可以优化配合间隙，有利于降低机械振动、噪声和能量。
测试气缸内壁生成的金属陶瓷保护层的厚度。
采用扫描电镜观察了实施金属磨损自修复材料应用技术后，DF-11机车063柴油机15气缸表面形成的金属陶瓷保护层。结果表明，在光学显微镜和扫描电子显微镜下，厚度约为65438±00 μm的金属陶瓷保护层清晰可见。
缸套表面保护层的扫描电镜图像(背散射电子图像，金相样品制备方法，腐蚀后)
1-5:艺术技术指标:
耐磨陶瓷保护层具有不同寻常的机械和物理性能:
(1)，摩擦系数:μ 0.003 ~ 0.007比油膜润滑低一个数量级。
(2)显微硬度:Hv690 ~ 1100比原表面硬度高一至三倍。
(3)线膨胀系数；13.6 ~ 14.2同钢。
(4)冲击强度:50千克/平方毫米
(5)耐高温:1575 ~ 1600℃
(6)耐腐蚀性:在高湿度的海洋环境和酸碱介质中不会腐蚀。
(7)电气绝缘:1-10μm电气绝缘层。
原子力显微镜下ART保护层硬度检测的三维图像
洛氏显微硬度HV = 1145气缸套表面保护层的原子力显微镜图像(3D)
洛氏显微硬度HV = 546的气缸套基体的原子力显微镜图像(3D)
1-6:艺术类应用领域；
ART技术可应用于机械磨损的任何部位:矿山机械、冶金机械、石油化工机械、工程机械、汽车、火车、轮船的内燃机、链条、轴承等。轧机轴承、铁路轴承、电机轴承、风电轴承、低噪声轴承、精密轴承等在轴承制造业中迫切需要运用ART技术延长其使用寿命。
2、艺术预处理
2-2-1 :ART预处理工艺测试
2-1-1:大连郑龙威视金属磨损自修复技术发展有限公司——一家从事艺术应用技术研发和应用的专业公司。基于“微观结构决定性能”的研究理念，进行了多次艺术台架试验:
2003年8月通过国家链条质量监督检验中心台架试验，使石油滚子链使用寿命提高了3.3倍。
◆07年在浙江天马轴承有限公司做“ART6308轴承台架试验”；
经过1000小时的连续台架测试，测得的间隙比测试前降低了2-6微米，说明ART技术可以自动优化摩擦间隙，达到最佳贴合。
◆2008年，国家轴承质量监督检验中心台架对比试验进一步证明ART技术可以明显延长轴承的使用寿命和可靠性。
2-1-2: art预处理方法:
该方法是将加工好的轴承零件置于含有ART材料的介质中，在振动抛光机的作用下，在轴承零件表面形成弥散的ART孕育层，套入后在含有ART的润滑油或润滑脂的润滑条件下工作，使ART孕育层进一步转化为类金属陶瓷保护层，获得最佳的摩擦系数和配合间隙。
2-1-3:艺术预处理设备
为了推广ART前处理的成熟应用技术，“大连郑龙抛光机制造有限公司”开发制造了强力LZD系列和XL系列修补剂循环前处理抛光机；WZD卧式大型ART预处理机可满足直径1.1 m轧机轴承的ART预处理要求，同时提供稳定成熟的预处理工艺、质量控制方法和检测标准。
能满足直径1.1 m轧机轴承的工艺预处理。
2-2-2 :ART预处理原则
2-2-1:ART孕育层的形成过程
金相显微镜下的金属表面，有纵横交错的“沟壑”微凸起、凹坑和各种缺陷。在光整机的振动预处理中，在激振力的作用下，在摩擦、冲击、挤压的过程中，艺术粉的颗粒相对于大多数基材摩擦表面的微突起和凹坑来说，仍然较大。带入摩擦界面后，它们被进一步研磨细化，同时摩擦表面的凹坑和缺陷被清理干净，为孕育层的植入做好了准备。
在振动、摩擦、挤压和冲击过程中，微凸体的撕裂和断裂产生的瞬间闪点温度，使高温磨粒被ART包裹，在势能较低的凹坑或缺陷中植入，形成孕育层。撕裂或破损的凸起部位在摩擦力的作用下也形成了一层艺术保护层，有待修复。在ART预处理的整个过程中，金属基体的缺陷如凹陷、沟、微裂纹和空洞都是由ART孕育层形成的。
ART孕育层的生长速度和厚度与摩擦释放的能量、抛光机中ART粉末的含量和抛光时间成正比。
这是GCr15材质的轴承滚子，调质硬度HRc62度，在MEF4A高级金相显微镜下观察到的艺术光饰预处理后的金相组织。
2-2-2:ART孕育层在工作条件下的作用
在工况条件下，特别是轧机轴承，在冲击和瞬时超限载荷的作用下，弥散孕育层起支撑座的作用。在轴承带负荷运行的整个过程中，ART保护层的界面是不断变化的，补偿位置是自动选择的，形成的厚度也是自动调整的。当摩擦释放的能量由于摩擦系数的降低而降低到一定程度时，陶瓷保护层停止生长，自修复过程完成。金属陶瓷层不仅可以补偿磨损间隙，降低金属基体表面粗糙度值，恢复原有尺寸，还可以使摩擦阻力趋于均匀分布，减少振动，节约能源，实现基体金属工作表面几何形状的修复和配合间隙的优化。
2-2-3:ART孕育层在工作条件下的进一步转变
轴承在使用过程中，在摩擦力的作用下，依靠摩擦热能作为驱动力，ART孕育层与金属基体表面发生位移反应，形成微晶陶瓷层，微晶陶瓷层通过化学键与铁基金属结合。这种微晶陶瓷层可以动态地、持续地修复和补偿金属基体摩擦表面的磨损，从而达到延长轴承使用寿命的目的。
3.ART技术对轴承寿命和可靠性的影响。
3-1:测试来源和目的
受大连郑龙威仕金属磨损自修复技术发展有限公司的委托，国家轴承质量监督检验中心对该公司提供的几组深沟球轴承6307进行了对比检验。为了测试金属磨损自修复技术和ART光饰预处理对提高滚动轴承使用寿命和可靠性的影响。
3-2:测试方案
3-3:样本源
从同厂家同批次的轴承中随机抽取20套样品，保持原状，不做任何处理，再抽取40套样品。轴承的内外滚道、滚动体和保持架用精整机和ART材料进行ART预处理，使微晶陶瓷孕育层分散在轴承表面。之后将它们组合起来，分成C组和d组，用同样的取样方法随机取出三十组样本，保持原状，不做任何处理。每组15分为E组和F组，再取15组样本。用抛光机和艺术材料对轴承内外滚道、滚动体和保持架表面进行预处理，使轴承零件表面形成弥散的微晶陶瓷孕育层，代号为g。
3-4:测试结论
通过本次试验可以看出，使用金属磨损自修复材料作为润滑油或润滑脂的添加剂或单独使用抛光预处理技术，轴承内外滚道、滚动体、表面和保持架的使用寿命并没有明显提高。而这两种技术结合使用，可以明显延长轴承的使用寿命，油润滑试验和轴承寿命比可以提高三倍以上。可靠性值从97.9%提高到99.7%；脂润滑轴承和轴承的基本额定寿命试验值提高到5倍以上，寿命可靠性值从77.44%提高到99.98%。
4.测试结论分析
4-1:经国家轴承质量监督检验中心ART技术预处理的轴承台架对比试验证明，在ART润滑油或脂的润滑条件下，经ART预处理的轴承可明显延长使用寿命。
4-2:ART预处理后轴承零件在不同的服役条件下，从ART孕育层向类金属陶瓷层转变的周期也不同。这符合形成ART保护层的原理。这些不同的条件包括:轴承转速、载荷、润滑条件、温度、艺术粉末粒度及其在油或脂中的含量、金属摩擦副的材料、表面质量和硬度等。
4-3:根据《滚动轴承寿命和可靠性试验规范》JB/T50013-2000规定的试验条件，结论公正客观。具有广义上的指导价值；就市场实际应用条件而言，是疲劳试验机在特定条件下得出的对比试验结论，并不能概括实际应用条件下的各类轴承。已有案例证明，单一工艺处理或单一工艺润滑油或润滑脂能明显延长摩擦副的使用寿命。
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