大阪府立大学等通过改进内外环材料提高滚珠轴承的耐热性

　大阪府立大学研究生院工学研究专业材料工学领域教授高杉隆幸和副教授金野泰幸，与日本Pillow Block（总部：大阪府堺市）联合开发出了耐热性出色的滚珠轴承。这种轴承的内外环采用镍（Ni）基金属化合物合金材料，通过使用氮化硅滚珠和固体润滑保持器，延长了在高温下的使用寿命。
　研究小组表示，以往提高滚珠轴承的耐热性时，需使用陶瓷滚珠和固体润滑剂。而内外环材料的相关研究尚未取得进展，现有产品的内外环使用的是不锈钢SUS440C，耐热温度为300℃左右。
　因此，此次研究时采用了单相NiSiTi金属间化合物和双相NiAlV金属间化合物（Ni基超合金·超合金）两种合金作为内外环材料。在600℃的高温下，使用内外环材料采用（1）单相NiSiTi金属间化合物、（2）双相NiAlV金属间化合物以及（3）SUS440C的3种滚珠轴承，进行了Z长约为100小时（SUS440C轴承的寿命）的旋转测试。
　测试结果表明，（1）和（2）两种轴承在高温测试槽底部产生的磨耗粉量均少于第（3）种轴承（图2）。另外，（1）和（2）两种轴承与第（3）种轴承相比，内外环轨道面的凹凸较少，滚动痕的宽度较小。而且（1）和（2）两种轴承也未发现老化，内外环的氧化现象较轻。根据磨耗量计算轴承的寿命，第（1）种轴承可达到8336小时，第（2）种可达到2072小时，在高温空气环境中的寿命均大于第（3）种轴承的100小时，表现出了出色的耐热性能（表）。

图2：在大气压力600℃高温下旋转约100小时后的轴承与磨耗粉（上），内环沟道底部的磨痕（下）。左起分别为第（3）、（1）、（2）种轴承。

表：在600℃高温下进行旋转测试后的内外环磨耗量与寿命预测值。自上而下分别为第（3）、（1）、（2）种轴承。

　通过使（1）和（2）两种轴承达到实用水平，可在原来冷却之后才能使用的高温环境中，实现不需要冷却的装置。由此，便可实现装置的小型化并降低成本。另外，这些轴承还可用于高温炉内运行的装置，从而实现节能化。而且能够提高炉内温度及空气条件的控制精度。特别是第（1）种轴承，由于具备30％以上的常温塑性加工能力，因此还具有制造时可采用压延加工方式的优点。
　另外，（1）和（2）两种轴承还具有出色的耐腐蚀性，可在高温及化学腐蚀等环境中使用。可直接将搬运装置等放入腐蚀溶液中。