镍钛合金金属间化合物在润滑轴承的应用.doc

镍钛合金金属间化合物在润滑轴承的应用 C. Della Corte, S.V. Pepper, R. Noebe, D.R. Hull and G. Glennon 摘要：镍钛合金60 (60NiTi)是一种镍含量为60%和钛含量为40%镍钛合金金属间化合物，是一种在滚动和滑动、接触轴承、齿轮方面很有前途的润滑材料。镍钛合金通常用于他们的形状记忆的行为。当适当的加工后，镍钛合金60也有良好的尺寸稳定性结构性质。通过高温处理、高压粉末冶金技术或其他方法,使镍钛合金60具有独特的物理特性的轴承材料。镍钛合金硬度高、易导电、耐腐蚀、密度较低，最后热处理前易于加工，没有其他的轴承合金,金属或陶瓷拥有所有的这些属性，而且相比其他的航空航天轴承合金的润滑条件镍钛合金已经显示出显著的摩擦学性能。 螺旋轨道摩擦磨损试验机（SOT）测试在真空中旋转球440 C不锈钢盘和合成烃润滑油之间的镍钛合金60加载而进行的测试。在考虑到精度代表轴承的性能（寿命）条件下，镍钛合金60达到或超过氮化硅和硬质合金涂层钛。基于这一初步数据，尽管镍钛合金60含钛量高，对于需要高强度和好的耐腐蚀性，高的电导率和非磁性行为润滑接触行为的先进机械系统来说是很有前途的合金材料。 二元镍钛合金（NiTi）有良好的生物相容性、独特的超弹性和形状记忆效应（SME）并且较容易投入生产，在医疗和牙科行业被广泛使用（参考文献1-2）。最近在航空、航天工业形状记忆合金活化的结构已经提出和论证，在自适应进气口和喷嘴，可变几何形，变弯度风扇叶片和襟翼和其他铰链组件的基本流量控制方面被广泛应用（参考文献3-4）。在这些应用中利用在近等原子的镍钛合金（含约55%重量的镍）典型的内在变化的那些大型可逆齿轮系和三重高温形状记忆合金（HTSMA）。富镍铁陨石含有大约57 - 60 %重量的镍，除了那些熟悉的中小企业外，也被率先使用在波音公司的航空系统中(参考文献5)，可变几何形镍钛60最终在一个全面的飞行试验获得成功（参考文献6）。 富镍合金与传统的镍钛合金相比需要更复杂的热处理步骤才能显示形状记忆行为（参考文献7）。在本文中我们首次提出证据表明镍钛合金可以调整来适应形状记忆行为和超弹性行为，这种合金在油润滑的接触条件下显示优良的摩擦学性能。 镍钛合金系列起源于20世纪50年代末，是William J. Buehler和他的同事们在他的海军军械实验室的创新工作中研制出来的(参考文献8–9)。事实上他指定的镍钛合金在那个时候正被一个缩写为镍合金海军军械实验室在研究,在发展高温度、非软磁合金的导弹锥中应用。早期他们努力确定镍钛55和镍钛60，其中分别分别含55%和60%重量的镍。镍钛合金55比镍钛合金60软，更容易进去机械加工，也容易造成过度加工硬化。润滑轴承的几个手工具就是利用镍钛合金60的高硬度、高导电率、非磁性、耐腐蚀和高电阻。这些工具是设想的用于解除爆炸装置,但生产在实验室实验阶段。镍钛合金55的优良性质吸引着中小企业，但由于资源有限，1960年代初他们放弃了对镍钛60的研究(参考文献10)。从那时起，有一部分人尝试发展新的方法来生产镍钛合金60在结构和机械方面的应用，例如滚动轴承(参考文献11)。现在看来，镍钛合金60的商业价值不可估量。 材料为高性能轴承、齿轮等机械部件需要的一些特殊性质和特点，这些关键属性是高强度和硬度,高导热,又能制造对于最终尺寸和表面光洁度的精度非常高的器件。此外,良好的耐腐蚀性和良好的摩擦学性能通常是重要的,特别是应用在极端环境。 在旋翼飞机中，例如发动机轴承、转子机制和驱动系统改善耐蚀性是很有益的。尽管普遍使用的润滑剂与腐蚀抑制剂，飞机和车辆暴露在海洋环境中也容易腐蚀。即使航天硬件在外太空真空环境超出了大气腐蚀的范畴，也无法避免长时间储存和发射前的轴承、齿轮的腐蚀问题。在涉及电气机械和敏感仪器的时候，良好的导电性和非磁性是非常不错的选择。但是，目前所拥有的材料不具有这些属性。 传统的工具钢轴承材料,如M50和52100年,他们享有广泛应用,硬度高,摩擦学性能良好和易于制造。然而,如果没有被保护这些合金容易遭受腐蚀攻击,虽然易导电,但他们磁性很强。另外,当作为轴承滚动体,其高密度会带来高离心力而且疲劳寿命也很有限。这些因素驱动我们寻找和发展代替轴承和机械的合金成分,即不锈钢和陶器。 广泛用于轴承和齿轮行业的不锈钢需要良好耐腐蚀性和较高硬度，如440C。这些马氏体不锈钢是成本低、易于加工、热处理前尺寸稳定。通过真空熔炼工艺能够形成非常均匀、完全致密的微观结构，从而形成优良的表面光洁度和良好的抗疲劳行为。然而，尽管被简称为不锈钢，更准确地称为比不锈钢耐腐蚀合金，400系列马氏体钢仍然容易腐蚀，而且他们还有强磁性，在某些应用中可能会出现系列的问题。 另一方面，氮化硅陶