劉昱陽(yáng)，殷 鵬，張 帆，王建梅

(太原科技大學(xué)重型機(jī)械教育部工程研究中心，山西 太原 030024)

0 前言

巴氏合金又稱(chēng)白合金或?yàn)踅?，由美?guó)人Babbitt發(fā)明，通常用作復(fù)雜的多金屬結(jié)構(gòu)中的薄表層，因其良好的耐磨性、順應(yīng)性、抗咬合性而廣泛應(yīng)用于軋鋼機(jī)、渦輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等重型機(jī)械設(shè)備中，被公認(rèn)為支撐軸承中軸襯及軸瓦的首選材料。但巴氏合金自身強(qiáng)度較低，容易損壞，因此常與強(qiáng)度較高的金屬(通常為鋼)進(jìn)行結(jié)合。常用的結(jié)合方式有澆鑄法、焊接法、噴涂法、激光熔覆法等。本文根據(jù)巴氏合金軸瓦結(jié)合工藝以及結(jié)合強(qiáng)度理論，分析不同結(jié)合工藝下巴氏合金軸瓦組織與結(jié)合特性，對(duì)比不同工藝巴氏合金軸瓦的優(yōu)缺點(diǎn)，為巴氏合金軸瓦生產(chǎn)及工藝改進(jìn)提供依據(jù)。

1 巴氏合金軸瓦結(jié)合工藝研究

1.1 國(guó)內(nèi)巴氏合金軸瓦工藝發(fā)展

針對(duì)靜止?jié)茶T出現(xiàn)的鑄造缺陷，自20世紀(jì)八十年代，我國(guó)開(kāi)始向離心澆鑄工藝發(fā)展進(jìn)行研究。直到21世紀(jì)初主要以離心澆鑄工藝改良為主，隨后一些學(xué)者嘗試使用噴涂工藝與焊接工藝進(jìn)行巴氏合金軸瓦的修復(fù)與制備。近年來(lái)巴氏合金軸瓦制造工藝研究趨勢(shì)如圖1所示。隨著我國(guó)制造業(yè)水平的進(jìn)步，2015年左右，國(guó)內(nèi)軸瓦制作方式開(kāi)始多元化發(fā)展，以釬焊、熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG焊)、激光熔覆、埋弧焊等增材修復(fù)工藝逐漸開(kāi)始興起，極大地拓展了軸瓦制造及修復(fù)的應(yīng)用。

圖1 巴氏合金軸瓦制造工藝研究趨勢(shì)

1.2 國(guó)外巴氏合金軸瓦工藝發(fā)展

國(guó)外軸瓦制造工藝進(jìn)展早于我國(guó)，19世紀(jì)70年代，已有學(xué)者進(jìn)行澆鑄工藝的系統(tǒng)研究[1]，90年代出現(xiàn)噴涂成形工藝，2010年前仍以改良澆鑄工藝為主，2013年出現(xiàn)激光熔覆修復(fù)巴氏合金軸瓦的應(yīng)用[2]，近年來(lái)，國(guó)外研究熱點(diǎn)以噴涂法和鎢極惰性氣體保護(hù)焊(TIG焊)為主，近五年也開(kāi)始MIG焊與激光熔覆的研究。根據(jù)文獻(xiàn)發(fā)表情況，巴氏合金結(jié)合工藝研究仍以我國(guó)為主，國(guó)外研究進(jìn)展已被我國(guó)逐漸追趕并超越。

1.3 巴氏合金軸瓦結(jié)構(gòu)

常見(jiàn)的巴氏合金軸瓦如圖2所示，巴氏合金通過(guò)一定的工藝與鋼基體結(jié)合，巴氏合金中包含方塊狀的SnSb(β相)以及星狀、點(diǎn)狀或棒狀的Cu6Sn5(ε相)等硬質(zhì)相，在磨合過(guò)程中硬質(zhì)相上凸承擔(dān)支撐作用，軟基體(α相)下凹成為儲(chǔ)油空間和潤(rùn)滑通道。兩者共同構(gòu)成了巴氏合金軸瓦的優(yōu)異性能。

圖2 巴氏合金軸瓦結(jié)構(gòu)

1.4 巴氏合金軸瓦結(jié)合工藝

1.4.1 澆鑄工藝

巴氏合金與鋼基體結(jié)合工藝最初為靜態(tài)澆鑄工藝，即在鍍錫后的鋼基體上導(dǎo)入融化的巴氏合金液體，進(jìn)行靜止冷卻，但靜態(tài)澆鑄會(huì)在重力的作用下發(fā)生嚴(yán)重的偏析。之后改進(jìn)工藝為離心澆鑄，即液態(tài)巴氏合金通過(guò)離心力與鍍錫的鋼基體達(dá)到結(jié)合。直至現(xiàn)在，仍有很多學(xué)者研究離心澆鑄工藝，Diouf P等[3]通過(guò)研究離心澆鑄轉(zhuǎn)速、澆注速率和冷卻速率三個(gè)不同參數(shù)對(duì)離心澆鑄性能的影響，發(fā)現(xiàn)冷卻速率對(duì)結(jié)合強(qiáng)度和界面組織的影響較大，冷卻速率越快，性能越好。Goudarzi M M等[4]研究了凝固速率和加熱對(duì)ASTM B23組織和硬度的影響，發(fā)現(xiàn)快速冷卻抑制了SbSn長(zhǎng)方體的形成和生長(zhǎng)，并提高了SbSn的硬度，且加熱會(huì)使沉淀物的棱角變圓。Potekhin B A等[5]通過(guò)設(shè)計(jì)“湍流鑄造”(Turbulent Casting)研究了離心鑄造巴氏合金B(yǎng)83的新方法，鑄造過(guò)程中液體的湍流運(yùn)動(dòng)保證了Sn、Cu3Sn金屬間化合物在熔體中的結(jié)晶。該方法不僅消除了偏析，還將銳角SnSb金屬間化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙睿摲椒ㄋ斐傻陌褪虾辖鸾M織粗大的問(wèn)題依舊沒(méi)能得以解決。南飛艷[6]等研究了澆鑄過(guò)程中掛錫質(zhì)量對(duì)澆鑄結(jié)果的影響，并總結(jié)了掛錫層質(zhì)量的判斷方法。安建勇[7]優(yōu)化了巴氏合金軸瓦重力鑄造工藝，解決了結(jié)合面的脫殼問(wèn)題。

離心澆鑄雖然改善了靜態(tài)澆鑄下偏析嚴(yán)重的問(wèn)題，但仍然沒(méi)有從根本解決澆鑄產(chǎn)生的組織粗大和偏析問(wèn)題。在澆鑄工藝中鋼基體通過(guò)鍍錫層與巴氏合金結(jié)合，兩者屬于物理吸附，結(jié)合強(qiáng)度很大程度取決于鍍錫層的質(zhì)量，目前靜態(tài)澆鑄與離心澆鑄仍廣泛應(yīng)用在結(jié)合強(qiáng)度要求不高的汽輪機(jī)等領(lǐng)域。

1.4.2 噴涂工藝

噴涂工藝在19世紀(jì)90年代應(yīng)用于巴氏合金軸瓦修復(fù)，主要有火焰噴涂與電弧噴涂，兩者通過(guò)將巴氏合金粉末或絲材噴涂到鋼基體上達(dá)到結(jié)合的目的?；竟に嚵鞒虨楸砻骖A(yù)處理-基體預(yù)熱-噴涂巴氏合金粉末-表面機(jī)械加工。秦顥等[8]研究了巴氏合金火焰噴涂工藝參數(shù)及使用方法。段思華[9]研究了電弧噴涂巴氏合金組織與耐磨性，發(fā)現(xiàn)電弧噴涂后巴氏合金組織得到了有效改善，可更好地保持摩擦界面間油膜的連續(xù)性，減少摩擦副的磨損程度。張彬等[10]通過(guò)優(yōu)化熔煉鑄造、擠壓、拉拔等工序成功制備出適合熱噴涂使用的錫基巴氏合金ZChSnSb11-6絲材。Paulo等[11]評(píng)估和比較了電弧噴涂和火焰噴涂沉積ASTM B23/2合金的微觀組織、力學(xué)和摩擦學(xué)性能，并與離心和靜態(tài)鑄造工藝進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明采用熱噴涂工藝沉積的涂層孔隙率和組織細(xì)化程度均高于常規(guī)涂層。A. R.C等[12]提出了一種利用熱噴涂制備致密巴氏合金涂層的方法。與傳統(tǒng)的巴氏合金涂層相比，熱噴涂制備的巴氏合金涂層組織致密，硬質(zhì)相分布精細(xì)且涂層磨損更低。兩種噴涂方式雖然解決了巴氏合金組織粗大和偏析的問(wèn)題，但因其噴涂厚度和結(jié)合強(qiáng)度較低等因素限制了其發(fā)展。

此外，還有利用低壓冷噴涂技術(shù)沉積巴氏合金涂層，冷噴壓技術(shù)是一種全固態(tài)沉積技術(shù)，通過(guò)壓縮氣體將粉末顆粒撞擊基體并沉積在表面，與熱噴涂相比整個(gè)噴涂過(guò)程原料始終是固體形態(tài)，未發(fā)生熔化現(xiàn)象。Tillmann W等[13]通過(guò)研究低壓冷噴涂巴氏合金在不同推進(jìn)劑氣體溫度以及基體溫度對(duì)涂層微觀組織特征的影響，發(fā)現(xiàn)無(wú)論基材溫度或推進(jìn)劑氣體溫度如何，涂層主要由Sb2Sn23、Sb0.49Sn0.51、CuSn或CuSb0.115Sn0.835組成。目前該技術(shù)在國(guó)內(nèi)巴氏合金軸瓦領(lǐng)域研究較少，尚未形成產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

1.4.3 焊接工藝

目前用于巴氏合金軸瓦的焊接工藝有釬焊、MIG焊、TIG焊和埋弧焊等。釬焊作為一種廣泛使用的異種材料連接方法，開(kāi)始主要用于軸承合金磨損部位的補(bǔ)焊，一般釬焊溫度高于釬料熔化溫度50～80℃，張勝全等[14]在Q235鋼上釬焊SnSb11Cu6，發(fā)現(xiàn)隨著釬焊溫度升高，錫基巴氏合金流動(dòng)性和潤(rùn)濕性增加，溫度過(guò)高時(shí)元素流失較為嚴(yán)重。

MIG焊工藝通過(guò)焊絲作為熔化電極，并采用惰性氣體(如氬氣)作為保護(hù)氣體，其優(yōu)點(diǎn)是電弧空間無(wú)氧化性，焊接過(guò)程不產(chǎn)生熔渣，是近年使用最廣泛的焊接工藝。TIG焊接工藝使用純鎢或活化鎢作為非熔化電極，采用惰性氣體作為保護(hù)氣體，目前使用范圍較小。宋振亞等[15]通過(guò)MIG焊將SnSb11Cu6堆焊到20鋼，并與離心澆鑄工藝進(jìn)行顯微組織與結(jié)合強(qiáng)度的對(duì)比，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)MIG堆焊后巴氏合金產(chǎn)生了良好的晶粒細(xì)化現(xiàn)象，結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到了80 MPa。劉致遠(yuǎn)等[16]研究了焊接速度對(duì)鋁合金表面堆焊巴氏合金組織的影響，發(fā)現(xiàn)在一定的區(qū)間內(nèi)，焊接速度越高，堆焊層的組織更細(xì)小，硬質(zhì)相分布越均勻，界面結(jié)合強(qiáng)度更高，結(jié)合面的可靠性越好，硬度越高。吳俊輝等[17]在Q235鋼基體表面MIG堆焊了SnSb8Cu5，發(fā)現(xiàn)巴氏合金堆焊層與鋼基體犬牙交錯(cuò)的結(jié)合方式增大了雙金屬的結(jié)合面積，擴(kuò)散層達(dá)到了10 μm，結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到了77 MPa，巴氏合金平均硬度為HV30。Wei M等[18]在ASTM 1045 鋼上使用MIG工藝堆焊了SnSb8Cu4、SnSb8Cu8、SnSb11Cu6，其結(jié)合強(qiáng)度分別為83.07 MPa、75.72 MPa和66.42 MPa，可見(jiàn)不同型號(hào)焊絲對(duì)巴氏合金與鋼基體的結(jié)合強(qiáng)度有較大影響。Zhou F等[19]通過(guò)TIG焊接在Q235B上堆焊SnSb11Cu6，發(fā)現(xiàn)當(dāng)焊接電流為50～90 A時(shí)，界面層厚度為10.26～34.27 μm，結(jié)合強(qiáng)度為73～155 MPa，但所測(cè)得的結(jié)合強(qiáng)度試樣并未采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試試樣，因此實(shí)際結(jié)合強(qiáng)度有待商榷。

埋弧焊工藝通過(guò)巴氏合金焊絲導(dǎo)入鋪滿(mǎn)焊劑的基體中，電弧在焊劑層下的焊絲與母材之間燃燒，溶劑會(huì)在融化后產(chǎn)生熔渣膜，將弧光遮蔽在空腔中，起到隔離空氣的作用。

李敬[20]研究了埋弧釬焊過(guò)程中弧-金界面的冶金行為，發(fā)現(xiàn)隨著熱輸入的增大金屬間化合物層厚度從12 μm增加到35 μm；不同熱輸入條件下金屬間化合物組成的界面層是由Fe3Sn2、FeSn和FeSn2所組成的疊層結(jié)構(gòu)。徐冬豪[21]發(fā)現(xiàn)當(dāng)埋弧焊巴氏合金界面硬質(zhì)相組成的金屬間化合物達(dá)到一定厚度時(shí)，其釘扎作用可以起到提升結(jié)合強(qiáng)度的作用，但當(dāng)金屬間化合物的厚度持續(xù)增加時(shí)，界面會(huì)變得硬而脆導(dǎo)致結(jié)合強(qiáng)度下降。

目前焊接工藝是廣泛使用的軸瓦制備工藝，隨著工藝水平的不斷革新，離心澆鑄被焊接工藝替代已成為大勢(shì)所趨，但軸瓦焊接工藝尚未有一套相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，且相關(guān)結(jié)合理論還待進(jìn)一步研究。

1.4.4 激光熔覆工藝

激光熔覆工藝通過(guò)高能激光的作用下將巴氏合金粉末快速融化并與鋼基體進(jìn)行結(jié)合，因其涂層變化范圍大以及高度自動(dòng)化等特點(diǎn)成為近年增材制造的研究熱點(diǎn)。張偉等[22]對(duì)錫基巴氏合金離心澆鑄層表面進(jìn)行了激光重熔試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)激光重熔層的平均硬度與離心澆鑄相比提高了25%。離心澆鑄巴氏合金在經(jīng)過(guò)激光快速重熔后，其金相質(zhì)量和性能均有所提高，有利于提高滑動(dòng)軸承的使用壽命。郝云波等[23-24]研究了激光熔覆下SnSb11Cu6與20鋼的微觀組織及力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)激光熔覆后兩者界面間形成了厚度約6 μm的中間界面層，實(shí)現(xiàn)了兩種合金間的冶金結(jié)合。隨著合金熔覆層厚度的增大，巴氏合金/20鋼斷裂形式從撕裂到整體斷裂，結(jié)合強(qiáng)度逐漸增大，在8 mm厚度時(shí)結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到了137 MPa。此外基于逐點(diǎn)和逐層策略的選擇性激光熔覆(SLM)也應(yīng)用于巴氏合金軸瓦的研究，Zhao X等[25]通過(guò)選擇性激光熔覆工藝制備了SnSb11Cu6，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)熔覆的SnSb11Cu6平均硬度在32.5～35.3 HV之間，略高于鑄造巴氏合金的28 HV，低激光掃描速度下的針狀Cu6Sn5相過(guò)度生長(zhǎng)和高激光掃描速度下的空洞形成嚴(yán)重影響了巴氏合金試樣的力學(xué)性能。

激光熔覆工藝雖具有成型率高、組織性能好的特點(diǎn)，但巴氏合金需要提前制備成粉末，加之設(shè)備價(jià)格高昂等因素，對(duì)工序及成本有了更高的要求。

2 巴氏合金結(jié)合特性理論研究

眾多學(xué)者研究了不同工藝的巴氏合金軸瓦特性，但并未形成一套完整的理論實(shí)驗(yàn)體系。太原科技大學(xué)王建梅團(tuán)隊(duì)[26]根據(jù)現(xiàn)代軋機(jī)油膜軸承特點(diǎn)，提出了油膜軸承結(jié)合強(qiáng)度理論。也有一些學(xué)者從工藝的角度研究巴氏合金結(jié)合機(jī)理，目前巴氏合金結(jié)合強(qiáng)度理論主要包括結(jié)合界面應(yīng)力場(chǎng)、結(jié)合強(qiáng)度及組織、組織的摩擦特性、結(jié)合溫度和合金厚度等。

2.1 結(jié)合界面應(yīng)力場(chǎng)

多層金屬材料復(fù)合時(shí)，受不同工藝或加工參數(shù)的影響，材料在界面及形狀邊緣處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，特別是物理性能相差較大的金屬，在界面結(jié)合處容易出現(xiàn)奇異應(yīng)力場(chǎng)。巴氏合金軸瓦制造過(guò)程中受到不同力場(chǎng)的作用，金屬結(jié)合處受力復(fù)雜，極易造成應(yīng)力突變。油膜軸承襯套是典型的巴氏合金與鋼基體結(jié)合的零部件，其結(jié)合質(zhì)量對(duì)機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行起著決定性作用，因此襯套必須考慮奇異應(yīng)力場(chǎng)的存在。孟凡寧、夏全志、姚坤等推導(dǎo)了復(fù)合材料界面端奇異應(yīng)力場(chǎng)的完整公式[27-29]，計(jì)算了巴氏合金與不同鋼基體的奇異應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)20鋼更適合作為油膜軸承襯套的基體材料，并進(jìn)一步計(jì)算了SnSb4Cu4、SnSb8Cu4與SnSb11Cu6與20鋼的應(yīng)力場(chǎng)，研究得出結(jié)合界面FeSn2的存在能夠緩解巴氏合金與鋼基體的奇異性。李敬[20]通過(guò)研究巴氏合金埋弧釬焊過(guò)程中的弧-金界面冶金行為，預(yù)測(cè)了界面處產(chǎn)生各種金屬間化合物的可能性，并探索了結(jié)合界面冶金反應(yīng)對(duì)微觀結(jié)構(gòu)與接頭力學(xué)性能的影響。徐冬豪[21]進(jìn)一步基于熔渣離子-分子共存理論，建立了對(duì)應(yīng)的熔渣熱力學(xué)模型，并研究了熔渣對(duì)電弧行為產(chǎn)生的影響。

2.2 結(jié)合強(qiáng)度及組織

圖3所示為不同工藝下SnSb8Cu4/20鋼結(jié)合組織，其他結(jié)合工藝巴氏合金/鋼體雙金屬組織類(lèi)似，均由由鋼基體、中間層和巴氏合金所組成。離心澆鑄工藝在進(jìn)行澆鑄之前需要在鋼體上進(jìn)行掛錫，所以中間層一般為鍍錫層，目前焊接或噴涂工藝不需要對(duì)鋼基體進(jìn)行掛錫，中間層一般為在焊接過(guò)程中Fe與Sn產(chǎn)生的結(jié)合層，主要為FeSn、FeSn2和Fe3Sn2等物質(zhì)。根據(jù)不同加工工藝中間層或基體也會(huì)發(fā)生變化，如焊接或激光熔覆過(guò)程中因冷卻速率較快，巴氏合金硬質(zhì)相會(huì)產(chǎn)生較好的晶粒細(xì)化現(xiàn)象，也很少出現(xiàn)偏析。但熱輸入量較大時(shí)結(jié)合層一般會(huì)增厚，鋼基體也會(huì)產(chǎn)生淬火效應(yīng)，巴氏合金也會(huì)產(chǎn)生硬質(zhì)相堆積，因此不同結(jié)合工藝所需的最優(yōu)工藝參數(shù)需要大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。

圖3 不同工藝下SnSb8Cu4界面結(jié)合組織

結(jié)合強(qiáng)度是衡量巴氏合金軸瓦工藝性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，國(guó)內(nèi)巴氏合金強(qiáng)度測(cè)量主要參照GB-1991版《滑動(dòng)軸承-多層金屬滑動(dòng)軸承結(jié)合強(qiáng)度破壞試驗(yàn)辦法》。圖4為不同工藝下的平均結(jié)合強(qiáng)度，現(xiàn)階段研究尚未有統(tǒng)一的試驗(yàn)參數(shù)，此處結(jié)合強(qiáng)度以參考文獻(xiàn)的均值處理。離心澆鑄經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，澆鑄質(zhì)量也有較大提升，以7 mm厚度SnSb11Cu6/20鋼測(cè)量的結(jié)合強(qiáng)度平均值為56 MPa，已遠(yuǎn)高于之前的36 MPa，文獻(xiàn)[30]所測(cè)得的電弧噴涂巴氏合金結(jié)合強(qiáng)度為57.1 MPa，MIG焊接結(jié)合強(qiáng)度為75～85 MPa[15,17]，作者通過(guò)在20鋼埋弧堆焊7 mm的SnSb8Cu4所測(cè)得結(jié)合強(qiáng)度為100 MPa左右，根據(jù)文獻(xiàn)[23]在20鋼上激光熔覆5 mm和8 mm的SnSb11Cu6結(jié)合強(qiáng)度分別為101 MPa和137 MPa。可見(jiàn)焊接工藝與激光熔覆工藝均有效提高了巴氏合金與鋼體的結(jié)合強(qiáng)度，熱噴涂因其工藝特性，其結(jié)合強(qiáng)度與離心澆鑄差距較小。

圖4 不同工藝下巴氏合金/鋼基體平均結(jié)合強(qiáng)度

2.3 摩擦學(xué)特性

巴氏合金以良好的耐磨性與順應(yīng)性而應(yīng)用廣泛，微觀組織反映宏觀性能，因此不同工藝下的巴氏合金組織會(huì)產(chǎn)生不同的摩擦學(xué)特性。離心澆鑄工藝目前經(jīng)過(guò)改善使得結(jié)合強(qiáng)度有了較大提高，但依舊會(huì)產(chǎn)生硬質(zhì)相偏析的現(xiàn)象，圖5所示為離心澆鑄與激光熔覆下的SnSb8Cu4組織，可以明顯觀察到離心澆鑄組織分布不均，且硬質(zhì)相粗大。激光熔覆組織分布均勻，整體晶粒細(xì)化程度較高，單位面積硬質(zhì)相比例較大，導(dǎo)致整體硬度增大，耐磨性得以提高。但過(guò)高的硬質(zhì)相比例會(huì)降低巴氏合金的順應(yīng)性，因此，平衡巴氏合金組織與摩擦學(xué)特性是加工過(guò)程中必須考慮的因素。

圖5 不同工藝下巴氏合金組織

2.4 結(jié)合工藝數(shù)值模擬

巴氏合金/鋼體結(jié)合過(guò)程本質(zhì)為受熱原子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的物理化學(xué)變化，分子動(dòng)力學(xué)可以在原子尺度進(jìn)行能量計(jì)算，從原子層面研究不同材料間的界面結(jié)合能，獲得最大界面結(jié)合能的條件并驗(yàn)證結(jié)合機(jī)理。文獻(xiàn)[27-29]通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)構(gòu)建了巴氏合金/鋼基體的分子模型，研究了不同合金層厚度對(duì)結(jié)合性能的影響?；陔x心澆鑄與焊接工藝，計(jì)入有無(wú)過(guò)渡層及不同種類(lèi)過(guò)渡層對(duì)結(jié)合界面的影響，得出了最佳結(jié)合溫度與過(guò)渡層厚度。

3 巴氏合金領(lǐng)域研究展望

近年來(lái)巴氏合金/鋼體結(jié)合工藝成為研究熱點(diǎn)之一，然而很多研究目前依然停留在實(shí)驗(yàn)觀察階段，缺乏理論延伸及考慮多因素條件下軸瓦運(yùn)行研究?；谀壳皣?guó)內(nèi)外巴氏合金/鋼體結(jié)合工藝的研究成果，巴氏合金/鋼體結(jié)合特性理論研究還有較多領(lǐng)域需要進(jìn)一步拓展。

3.1 不同工藝對(duì)巴氏合金摩擦學(xué)特性影響

在巴氏合金軸瓦加工中，工藝不僅會(huì)影響巴氏合金與鋼體的結(jié)合強(qiáng)度，而且會(huì)影響巴氏合金硬質(zhì)相分布，Paulo等[11]研究火焰噴涂與電弧噴涂時(shí)就發(fā)現(xiàn)在干燥條件下噴涂試樣的摩擦系數(shù)較大，但噴涂涂層油潤(rùn)滑摩擦系數(shù)和磨損明顯低于常規(guī)鑄造涂層。郝云波等[24]研究了激光熔覆下巴氏合金干摩擦性能，發(fā)現(xiàn)激光熔覆巴氏合金摩擦系數(shù)高于離心澆鑄，Ni Y等[31]研究發(fā)現(xiàn)在較低載荷下激光熔覆與澆鑄試樣摩擦系數(shù)相近，隨著載荷的逐漸增大，激光熔覆巴氏合金顯示出較低的摩擦系數(shù)。

上述研究人員針對(duì)相應(yīng)工藝研究了巴氏合金摩擦學(xué)性能，但尚未建立工藝參數(shù)到摩擦學(xué)的評(píng)價(jià)體系，不同工藝下的巴氏合金軸瓦在實(shí)際運(yùn)行中可能會(huì)有不同的表現(xiàn)，如何平衡結(jié)合強(qiáng)度與摩擦學(xué)特性成為一個(gè)必須思考的問(wèn)題。此外，軸高速運(yùn)行時(shí)軸瓦表面溫度較高，因此高溫巴氏合金摩擦學(xué)特性與組織的演變也是一個(gè)需要研究的問(wèn)題。

3.2 疲勞蠕變交互研究

巴氏合金熔點(diǎn)較低(185～240 ℃)，當(dāng)溫度達(dá)到0.3Tm時(shí)(Tm為材料熔點(diǎn))，會(huì)發(fā)生較為明顯的蠕變現(xiàn)象，因此蠕變損壞是軸瓦常見(jiàn)的失效形式之一。上世紀(jì)九十年代德國(guó)、意大利、美國(guó)等企業(yè)針對(duì)巴氏合金蠕變現(xiàn)象研究出了超低蠕變性的巴氏合金，然而在巴氏合金軸瓦實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中隨著循環(huán)交變載荷的作用下，巴氏合金仍然會(huì)面臨疲勞裂紋引起的失效。如何降低巴氏合金運(yùn)行過(guò)程中的蠕變現(xiàn)象及延長(zhǎng)疲勞壽命是需要迫切解決的問(wèn)題。

3.3 巴氏合金成分改進(jìn)

巴氏合金在面臨各種復(fù)雜工況時(shí)，其結(jié)合強(qiáng)度和摩擦性能會(huì)發(fā)生很大的變化，添加微量元素或改變?cè)乇壤髸?huì)增強(qiáng)巴氏合金的一些性能。如陳潤(rùn)霖等[32]在SnSb11Cu6基礎(chǔ)將Cu含量提高至7%～10%，隨著Cu添加量的提高，試樣壓縮屈服強(qiáng)度先升高后降低。Ramadan M等[33]以納米顆粒為添加劑，制備了含氧化鋁納米顆粒的Sn基巴氏合金納米復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)隨著納米顆粒含量的增加，Cu6Sn5相有平行的團(tuán)聚趨勢(shì)，對(duì)結(jié)合強(qiáng)度和摩擦學(xué)性能有一定的改善作用。

巴氏合金成分改進(jìn)可基于不同工況及工藝特性進(jìn)行，比如針對(duì)性地提高耐腐蝕性、抗氧化性、硬度和摩擦特性等，改性巴氏合金或?qū)⒊蔀槲磥?lái)定制化軸瓦制作工藝的基本手段。

4 結(jié)語(yǔ)

高端軸承是我國(guó)裝備制造產(chǎn)業(yè)核心基礎(chǔ)件的關(guān)鍵組成部分，也是我國(guó)亟待發(fā)展的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。隨著新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷發(fā)展，巴氏合金軸承領(lǐng)域?qū)⒏玫匕l(fā)揮戰(zhàn)略作用，應(yīng)對(duì)更加復(fù)雜多變的應(yīng)用場(chǎng)景，向產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化、高可靠性逐步邁進(jìn)。