基本介紹
- 中文名：鋅基軸承合金
- 外文名：zinc-base bearing alloy
- 常用牌號：ZznA110-5和ZznAl9-1.5
- 特點：價格便宜
分類,發展歷程,
分類
鋅基合金也稱為鋅合金，一般分為二元合金、三元合金和多元合金。二元鋅基合金一般指鋅鋁合金；三元鋅基合金一般指鋅鋁銅合金；多元合金一般指鋅鋁銅及其他微量金屬。
鋅基合金、鋅合金、鋅鋁合金都是一個寬泛的概念，不是指該合金可以滿足某種特定功能的概念。如鋅鋁合金按照鋁的含量分為低鋁鋅基合金、中鋁鋅基合金和高鋁鋅基合金。它們雖說都是鋅鋁合金，但它們的性能卻有著很大不同。
低鋁鋅基合金一般為二元合金，主要用於防腐功能，現在基本上用噴鍍鋅鋁合金替代了鍍鋅工藝（新技術）。中鋁鋅基合金一般為三元合金，主要用於緊固功能，常常用於製造鉚釘等緊固件，其原因是除了其具有一定的強度和延伸率，最主要是其具有很好的施工方便性。高鋁鋅基合金一般為三元或多元合金，該合金具有這樣的特性，即採用不同的熔煉參數和鑄造工藝，製造出的材料在性能上存在著很大的差異；有的延伸率好適合於製造緊固件，有的強度高適合於製造高強度殼體，只有一少部分減摩係數小適合於製造滑動軸承；因此高鋁鋅基合金在國外被稱作“魔術合金”。一般來說，鋅基軸承合金都是高鋁鋅基合金，但高鋁鋅基合金並不都是滑動軸承合金。
新型滑動軸承合金的分類中的“鋅基合金”和上述寬泛概念的鋅基合金有著本質上的差異，嚴格說就不是一類材料。
滑動軸承合金要求要有一定的強度、延伸率和硬度，最重要的要有非常良好的減摩性能。
良好的減摩性絕對不是把幾種有關的金屬成份混合在一起熔煉就可以自然產生出來的，它是需要完整的工藝來保證其性能的；比如金剛石和石墨，它們具有相同的化學成份，如果採用不同的工藝，那么就可以生產出金剛石或石墨；金剛石的分子結構是三角形結構，它的特性是堅硬無比，可以用來製作刀具；石墨的分子結構是平行結構，它的特性是非常柔軟，可以用來製作潤滑劑；金剛石和石墨成分相同，其性能卻是天壤之別。
多元合金的工藝比三元合金要複雜許多；三元合金是可以通過一次熔煉產生，也採用二次熔煉工藝。由於二次熔煉的成本比一次熔煉的高，許多企業願意採用一次熔煉工藝生產三元合金。多元合金是在三元合金的基礎上多加了一種或幾種合金成份，熔煉技術自然就要複雜許多，一般的熔煉技術水平想隨意多加一種或幾種元素，其實都是很有難度加入進去的。
隨著世界納米技術的誕生，從納米技術衍生出的微納米套用技術給基礎材料工業帶來了全新的發展思路，徹底改變了人們的思維。
微納米套用技術套用在了軸承合金領域，誕生了先進的“聯合熔鑄工藝”技術，因此實現了在多元的軸承合金基礎上製造與世界同步的鋅基微晶合金。
微晶合金是一種合金晶粒細化至微米級的鋅基合金材料，具有這種超微晶粒的鋅基合金可以實現在某一特殊方面表現出極其優異的綜合機械性能、超強的尺寸穩定性和耐磨性。
發展歷程
一、鋅基合金的發展
1930年“二戰”前夕，德國為了解決銅資源緊缺和高成本的問題，開始尋找錫青銅、鉛黃銅及巴氏合金的替代品，啟動了新一代滑動軸承合金的研究。
1935年，德國經過近五年的研究，發現鑄造鋅基合金和鑄造鋁基合金的力學性能和減摩性能均可以超過銅基合金和巴氏合金。
1938年德國成功地使用鑄造鋅基合金替代錫青銅、鋁青銅和使用鑄造鋁基合金替代了巴氏合金等用來製造軸瓦（套）產品，而且裝備到軍事坦克和汽車中並取得良好的效果。
1939-1943年“二戰”期間，德國鑄造鋅基合金和鑄造鋁基合金的年使用總量由7800噸猛增到49000噸，這一變化引起了國際鉛鋅組織的高度關注和重視。
1959年，國際鉛鋅組織成員單位聯合啟動了一項科研計畫，命名為“LONG-S PLAN”，其宗旨是研發一種比銅基合金和巴氏合金的性能更高、使用壽命更長的新一代減摩合金，在該計畫中將此研發中的減摩合金稱之為long-s metal。
1961-1963年間，國際鉛鋅組織成員單位率先研製出鋁基long-s metal減摩合金，牌號分別為AS7、AS12、AS20等。鋁基合金AS7、AS12首先被套用在汽車上替代了傳統的銅基合金軸瓦，使汽車的高速性能得到了很大提高，促進了汽車工業快速發展；在此之後鋁基合金AS20又在大、中型電動機、汽輪機、水輪機、工業泵、鼓風機、壓縮機等高速、中低載荷的工況下得到了套用，替代了傳統的巴氏合金，促進了裝備製造業的快速發展。
上世紀70年代初期，加拿大Norand Mines Limied研究中心與美國Zastern公司合作，研製出鋅基long-s metal減摩合金ZA8、ZA12、ZA27等，並將ZA27減摩合金套用在軋鋼機、壓力機、齒輪箱、磨煤機、空調、精密工具機等低速、重載的工作場合，全面替代了傳統的銅基合金減摩材料。
新一代long-s metal減摩合金的問世受到國際上廣大用戶的極大關注，許多工業已開發國家都在long-s metal研發上投入更多的人力、物力，僅美國就有數十家公司開發long-s metal鋁基、鋅基等系列減摩合金。
由於long-s metal具有優良的減摩性、較好的經濟性，在製造業領域迅速得到推廣並全面替代銅基合金、巴氏合金等傳統減摩合金，具有很強的市場競爭力。
後來人們稱long-s metal軸承合金為新型減摩合金。
美國Zastern公司技術顧問Mr.Bess在其介紹“LONG-S PLAN”文章中指出：研製經濟型long-s metal鋅基合金的目的，不僅僅是要在傳統軸承合金能夠勝任的場合替代它們，更重要的是通過long-s技術，使long-s metal套用於銅基合金和巴氏合金在強度、耐磨性不能滿足要求的場合。
據Mr.Bess當時的預測：“long-s metal鋅基合金在近期會有一個很大的發展，其生產規模和銷售市場將迅速擴大，二十一世紀將是long-s metal 鋅基合金的全盛時期。”
二、國內鋅基合金的發展
緣於新型long-s metal鋅基合金與傳統的巴氏合金皆可用於製造滑動軸承，而且製造成本遠遠低於巴氏合金，故long-s metal被國內音譯為“龍氏合金”，業內稱long-s metal為新型減摩合金，更多人習慣稱之為新型軸承合金。
1982年，國家鑄造技術的歸口單位瀋陽鑄造研究所，引進了美國ASTM B791-1979標準中long-s metal ZA27鋅基合金，經過近二年的消化吸收，開發出了國產鋅基ZA27新型軸承合金，國家標準代號為ZA27-2，標誌了我國新型減摩合金的發展拉開了序幕。
1985年，由時任遼寧省副省長陳淑芝女士的倡導和瀋陽鑄造研究所有關領導的大力支持下，成立了由瀋陽鑄造研究所的技術精英組成的瀋陽軸瓦材料研究所，專門從事引進國外先進的long-s metal技術，以推動國內“龍氏合金”技術的發展及推廣。
1991年，瀋陽軸瓦材料研究所首先在鋅基ZA27-2合金的基礎上，研究開發了高鋁鋅基ZA303合金材料，解決了ZA27-2低溫脆性等缺點，並與當年通過了瀋陽市科學技術委員會科學技術成果鑑定，自此“龍氏合金”技術在國內各大高等院校和科研單位進行大範圍的擴散和技術交流，推動了我國“龍氏合金”的快速發展。
三、鋅基合金進入了“微晶合金”時代
1999年，納米技術走向市場，基於納米技術的產品全球年總營業額高達到500億美元；一些國家紛紛制定相關戰略或者計畫，投入巨資搶占納米技術戰略高地。日本設立納米材料研究中心，把納米技術列入新5年科技基本計畫的研發重點；德國專門建立納米技術研究網；美國將納米計畫視為下一次工業革命的核心；中國也將納米科技列為中國的“973計畫”。
2001年，源自納米技術所衍生出來的一個技術分支---微納米套用技術。已開發國家的微納米套用技術在基礎材料領域已經得到套用並取得了驚人的成果，尤其是套用微納米技術製造出的許多微晶合金材料，正在對人類產生深遠影響，已徹底改變了人們的思維方式。
2005年，中國微米納米技術學會正式成立，標誌著我國的微納米套用技術起步，在滿足功能材料個性需要方面與已開發國家站到了同一起跑線上。
中國微米納米技術學會會員單位的科研人員將微納米技術套用在特種減摩合金材料領域，先後開發出了為滿足某些單項性能有特殊需求的微晶合金材料，如航空發動機用輕體鎂基微晶合金、耐高溫的鎳基微晶合金、要求高度可靠性的銀基微晶合金等。特種微晶軸承材料不僅填補了減摩材料國內的空白，而且從材料的單項性能方面保持了與世界微晶合金技術的同步發展。
2009年，中科院瀋陽金屬研究所、瀋陽鑄造研究所、瀋陽理工大學等微納米技術套用研究領域的專家們，開展產學研聯合攻關；研發出一整套微合金化處理及低溫急冷等聯合熔鑄工藝技術（俗稱三次熔煉工藝法），實現了鋅基微晶合金的製備；目前已有四種鋅基微晶合金材料在國內已經實現了批量生產，其中包括具有超低減摩係數的微晶鋅基合金LZA3805，具有較大PV值特性的微晶鋅基合金LZA4008，具有超耐磨特性的微晶鋅基合金LZA4205，具有良好抗衝擊特性的微晶鋅基合金LZA4510等。
鋅基微晶合金可以滿足單項性能特殊要求的特性，是區別於傳統普通減摩合金的重要標誌，為裝備製造業實現減摩材料的定製化生產，滿足了設備製造的個性化需求，為實現裝備製造的高效率、高精度、高可靠性、低成本等方面提供了有力的保障。
2010年，採用鋅基微晶合金製造的軸瓦、軸套、蝸輪、滑板、絲母等系列減摩產品，已經成功地在鍛壓設備製造行業、數控工具機製造行業、減變速機製造行業、重型礦山設備製造行業、工程機械製造行業中得到了套用。
鋅基微晶合金產品以其高可靠性及穩定性成功替代傳統減摩合金和新型減摩合金產品，取得了良好的社會效益和巨大的經濟效益，標誌我國鋅基合金的發展進入了“微晶合金”時代！
