陶瓷材料是一种良好的摩擦材 料，具有耐磨性高、摩擦因数低、 耐腐蚀和抗老化性能好、耐高温（适用温度 可达400～500℃）、强度高、刚度 高、导热性好、热线胀系数小且尺 寸稳定的特点，非常适合于高温、 高速及腐蚀性环境等特殊场合以及 海水等特殊介质中工作，因而陶瓷 也可用作水润滑轴承材料，但其质 脆且抗振性能差，承受冲击的能力 差，对磨粒的嵌藏性能差，容易造 成轴颈与轴承表面之间严重的磨粒 磨损，加工制造都很难，成本 高，因而使其应用受到了很大程度 的限制。因此，陶瓷材料适用于冲 击小运转平稳、工作环境中无异物 渗入的水润滑轴承，尤其适合在使 用温度比较高的场合下使用。

  水润滑轴承的材料有金属材料、木 类材料、陶瓷材料、塑料材料和橡 胶材料等。 不同的塑料材质，对水的润滑 性能也不同，如果塑料或其填充剂 与水的亲和性好， 就显示出优良的 润滑性。目前塑料材料在水润滑轴 承中应用较多的是酚醛树脂类、聚 酯树脂类和氟化乙烯树脂类。氟化 乙烯树脂轴承有含添加剂模压成型 制品和在滑动面粘氟化乙烯树脂纤 维布两种，其他的还有超高分子量聚 乙烯、尼龙、聚四氟乙烯和聚酰胺 等。 酚醛树脂类合成材料是国际 上通用的水润滑轴承材料，具有 优异的机械强度、良好的耐磨蚀磨 损性、较高的耐冲击性和较低的摩 擦因数，以加拿大产的赛龙材料为 代表，作为水润滑轴承材料，酚醛 塑料通常是以织物为填料的层压塑 料形式应用。酚醛塑料因导热性能 差，热膨胀系数大，且有一定的吸 水膨胀，故在水润滑轴承设计中要 求较大的运行间隙，以便为在轴承 运行中的热膨胀和水膨胀留有余 地。聚酯树脂类合成材料也是国际 上通用的水润滑轴承材料，以南非 产的威高尔（又名凡事可）材料为 代表，耐水性极佳，不存在吸水膨 胀问题，在水中浸泡后仍保持原有 的强度、硬度和耐磨性，可在含泥 沙的水中正常运行。 超高分子量聚乙烯是一种新型 的线型结构的热塑性工程塑料，具 有耐磨性能好、机械强度高、硬度 大、摩擦因数低、无毒性、无污染 及可再循环回收利用等环保特点， 已得到广泛应用，而且在水润滑轴 承中也开始逐步使用，目前美国军 方已经运用了整体式超高分子量聚 乙烯水润滑轴承。但超高分子量聚 乙烯的吸水性差，水润滑超高分子 量聚乙烯塑料轴承一般不易形成水 膜动压弹流润滑。由于超高分子量 聚乙烯的加工困难，用其作为水润 滑轴承材料尚未大规模展开，但由 于超高分子量聚乙烯具有优越的摩 擦性能和很好的自润滑作用，所以 随着加工设备和工艺的改进，超高 分子量聚乙烯材料必然会成为制造 水润滑轴承的重要材料。 尼龙塑料具备优秀能力的耐磨性， 易制造，主要采用注塑成型制造， 尼龙塑料的填料更是大大改善了尼 龙塑料性能，其填料中的碳纤维具 有较高的热导率，摩擦热易散除， 填料中的聚四氟乙烯拥有非常良好的自 润滑性能，所以尼龙塑料制造的轴 承可以在连续干磨条件下工作，尼 龙大多数都用在制造轻载轴承，但尼龙 塑料在水条件下会产生一定的溶 胀，使轴承和轴的间隙变小，设计 时应留有充分间隙。

  新乡学院机电工程学院 兰州理工大学流体能源与动力工程学院 (河南 (甘肃 453003) 730050) 刘建华 赵万勇 贾焕丽

  【摘 要】根据多年来对水润滑轴承的研究和在泵结构中多年的应用经验，介绍了水润滑摩擦副的特点、 水润滑轴承材料的磨损机理，以及水润滑轴承用的金属、塑料、陶瓷、木材、石墨及其他材料的特点、性能和 应用场景范围，指出了水润滑轴承材料的使用原则和今后的研究方向，对水润滑轴承材料的工程应用和今后的研究 具有普遍而重要的意义。 【关键词】水润滑轴承 材料 磨损机理 使用原则

  橡胶是一种高弹性材料，其吸 振性能好，且加工工艺性好，有良 好的摩擦磨损性和嵌藏性等，非常 适合于用作水润滑轴承材料。橡胶 材料弹性好，内阻较大，能有效地 防止或减缓冲击，降低噪声；橡胶 的弹性变形使水膜易于形成，产生 弹流润滑以及能顺应和减缓因轴线 跳动及偏移而引起的轴系振动，减 小因安装误差而产生的附加载荷， 并有自动调位的能力；橡胶还有良 好的对异物埋没性，对泥沙不敏 感，有着良好的抗磨粒磨损性能， 当橡胶用作水润滑后，其摩擦因数 大幅度的降低。 但橡胶材料耐高温性能差，导 热性差，不耐油，起动力矩大，承 载能力小，在转速较低、频繁起动 的情况下，易发生磨损和烧焦等 现象，在结构设计时一定要考虑散热 问题，使摩擦副得到充分的润滑， 橡胶对碳钢有腐蚀作用，需对轴进 行护面处理，由于橡胶材料的变形 比较大，运行精度不高。上述缺点 缩小了橡胶作为轴承衬里材料的应 用范围。 由于橡胶材料具备成本低、 易于成形、使用可靠和无污染等特 点，橡胶材料是水润滑轴承在水下 工况最适宜的材料之一，适合于中 小载荷轴承系统受力复杂以及工况 较为复杂的环境，以及在温度不高 于90℃且径向负荷不大的水润滑轴 承。 相对密度大，铁梨木具有亲水基有 利于水膜的形成，而适用作水润滑 轴承材料。但亲水基的存在使其尺 寸稳定性差，不能在断液情况下运 行，不宜在含固体颗粒的污水中使 用。因其资源日渐缺乏，价格昂 贵，现在已很少使用。 常用的层压板类材料主要有桦 木层压板和布质层压板两种。桦木 层压板具有耐磨、耐腐蚀、摩擦因 数小及形状稳定的特点，且加工工 艺简便，加工和安装前后不需要沉 浸在水中。但其磨损量大，产生的 摩擦热大，对冷却水量的需要高。 布质层压板是由细帆布浸渍热固性 的酚醛树脂并添加适量的固体润滑 剂（石墨等）经烘焙热压而成，有 减摩抗磨作用以及在高负荷时摩擦 因数反而降低的特性。它吸水性 小，在水中的膨胀较小，在高速时 有良好的润滑性能。但难于适应厚 度差异较大的复杂结构，黏结性能 差，易脆化，所以目前应用还较 少。 料既具有金属的高强度和导热性， 又具有塑料高耐磨性和耐蚀性以及 自润滑性能等依据不同的使用上的要求 和环境条件，能够使用不同的材料 和不同的制造工艺来满足其性能要 求。以橡胶为基体的高分子材料具 有橡胶的高弹性和良好的吸振性 能，且其加工性好又有良好的摩擦 性能、对异物的埋没性、抗疲劳磨 损以及较好的化学稳定性等性能。 但一般来说其耐高温性能差，承载 能力不大，一般只适用于中小载 荷、轴承系统受力复杂的场合。碳 基薄膜是在金属材料表面沉积硬质 薄膜，如类金刚石薄膜，碳基薄膜 不仅仅具备高硬度、高热导率和低摩 擦因数，还具有极好的耐蚀性和生 物相容性， 在水中显示出优异的减 摩抗磨的性能。最近才研制出的精 细陶瓷和金属塑料，它们的性能和 使用参数反映了当今水润滑轴承的 水平以及发展方向。

  抗腐蚀的能力和保证润滑水膜可靠 性等。因此，近年来对水润滑轴承 材料的研究已成为热点问题。

  够很好地匹配，供水压力低时，要 避免摩擦副间发生汽蚀现象，因为 发生汽蚀时摩擦副间部分会出现水断 流，使摩擦副间的热量难以排出。

  用水作润滑介质能够尽可能的防止环境 污染，且成本低，易维护保养，还 能降低摩擦副的摩擦、磨损、振动 和噪声等，但水会造成对轴承材料 的腐蚀和泡胀作用，而影响润滑水 楔的稳定性，从而改变摩擦副的摩 擦状态。 对于水润滑摩擦副，由于水的 黏度极低，因而水膜不易形成，难 以得到流体润滑 ，有很大的可能性在非 流体润滑状态下运行，易产生轴 瓦和轴之间的相互接触；因此必须 保证水润滑摩擦副间的供水压力和 相对滑动速度，以避免发生无水润 滑和出现干摩擦。在给水压力高或 水流速度快的情况下很容易产生紊 流，要求摩擦副材料与水的润滑能

  石墨是一种拥有非常良好自润滑性 能和低摩擦因数的材料。石墨具有 自润滑性很强，耐腐蚀，耐高温， 化学稳定性高，能耐酸碱腐蚀，高 承载能力及尺寸稳定性高等特点。 石墨具备极高的耐热性，能在 －100～600℃保持自润滑性能，在 水温不超过80℃的条件下具有较为 理想的运转性能，适用于承受轴向 推力和径向力的水润滑轴承等 。

  常用作轴承材料的木材主要是 铁梨木和层压板类材料。铁梨木在 水润滑轴承中应用最早，原产于南 美的天然树种，木质致密、坚硬，

  除上述材料外还有别的适合用 于制造水润滑轴承的材料，如金属 塑料合成材料、以橡胶为基体的高 分子材料和碳基薄膜。金属塑料材

  金属材料的弹性系数和硬度均 较高，耐磨性好， 运行中水润滑轴 承的间隙稳定，但对负荷的缓冲性 很差，难于形成水膜，在高负荷、 低转速的边界润滑条件下得到较多 的应用。而且对于开式轴承系统而 言，由于金属轴承的嵌藏性差，抗 磨粒磨损性能差，易于磨损，不宜 在混有杂物的场合下使用。 金属与水反应形成的氧化物对 润滑有不良影响，为了更好的提高自润滑 性能需加入固体润滑剂等材料，而 且对于金属摩擦副而言，异种金属 接触易产生电化学腐蚀，轴面需作 护面处理，故用金属摩擦副作水润 滑轴承的较少。用作水润滑轴承的 金属材料多为青铜、高强度黄铜和 铝青铜等材料 ，常用的金属材料有 巴氏合金、铜基合金、铝基合金、 锌基合金以及铜基、铁基合金等粉 末烧结轴承材料。

  对于水润滑轴承的很多材料， 在水中润滑都困难，所以磨损对材 料的使用有非常大的影响。M a r c u s A l l e n [6]，根据大量的试验和前人 的工作，提出了磨耗的“双重机 理”，即磨耗由弹性变形磨损和塑 性变形磨损两部分构成，轴承材料 的耐磨性与扯断强度、撕裂强度、 疲劳性能以及黏弹性能有关，扯断 强度是影响耐磨性最重要的力学 性能指标；定伸应力高时对降低磨 粒磨耗和黏结磨损有利，但会加剧 疲劳磨损。“双重机理”可以定性 地解释水润滑轴承材料的磨损现 象，但不能用于对某中具体材料磨

  根据水润滑的特点，水润滑 摩擦副不仅要求材料应具有高的承 载能力、强的减摩性、良好的自润 滑性能、固体表面与水之间具有很 好的亲和性、耐磨性及抗侵蚀的能力 等，还要求材料应拥有非常良好的自润 滑性、弹性和吸振性等性能。通常 要求轴承材料总是比转轴材料要软 一些，一方面保证摩擦副元素间的 磨合性，另一方面使磨损发生在轴 承而不是转轴，以保证机械工作可 靠性、制造经济性以及拆装简易性 等。另外水润滑轴承材料应具有足 够的疲劳强度和对摩擦副中微粒或 杂质的嵌藏性，选用材料时应进行 综合分析和统筹考虑。目前常用作

  塑料具有良好的自润滑性能， 摩擦因数低，塑性、磨合性好，适 宜用水作润滑剂，塑料还有良好的 对异物埋没性，尤其适宜在有磨粒 或杂质存在的恶劣条件下工作。但 塑料材料有耐热性能差、水溶胀和 易发生老化等缺陷，力学性能和尺 寸稳定性受温度影响非常明显，水 溶胀会影响精度问题，塑料亲水性 较差不易形成水膜，对于塑料的这 些缺陷，可以通过添加一些助剂、 改善加工工艺，同时在结构上进行 优化设计等，使之满足特定的性能 要求 。

  水润滑轴承具有节约大量贵重 金属，避免污染，摩擦因数小，能 简化轴系结构，运行成本低，易维 护保养以及降低摩擦副的摩擦、磨 损、振动和噪声等特点，现已广泛 应用于冶金、矿山、水力等较恶劣 工况中，应用的机械设备如水泵、 水轮机和船舶等。水润滑轴承的运 行寿命是大修周期和可靠性的主要 控制因素 ，其磨损过大或损坏会 造成机组轴线动摆度增大，振动加 剧，而水润滑轴承材料是决定机组 工作性能和使用寿命的一个重要因 素。故选择水润滑轴承材料必须遵 循可靠性第一，对可靠性和经济性 做综合比较，以水润滑轴承的运 行工况和介质为根据。随着设备向 大型化发展，转子部件的不平衡径 向力逐渐增大，对水润滑轴承材料 的选用提出了具有更高的要求，如 承载能力、减摩性、耐磨性、材料