舰用水润滑轴承材料国产化研究思考

涂 政

(海军驻武汉461厂军事代表室，湖北 武汉 430084)

0 引言

以油润滑轴承为主的船舶推进系统每年消耗大量的润滑油，并且油泄漏污染水资源及环境日趋严重。这一问题，引起了各国政府的高度关注，少数工业发达的国家投入巨额资金进行系统研究其治理技术及装备。美国政府以法律形式明确规定，禁止艉轴轴承以油润滑的船只进入其领海及内河，以保护其水环境。长期以来，我国建造的船只基本上都采用油润滑。若按每艘船平均每年泄漏润滑油1.5 t计，每年泄漏润滑油高达几百万吨，极其严重地污染了我国内河及海域水环境，破坏了生态环境，危及到我们的生存条件。当前，我国舰船用艉轴轴承以顺应保护环境的需要，逐步采用水润滑轴承替代油润滑轴承。但我国基础工业技术相对落后，自行研制的水润滑轴承往往因轴承材料还不能满足舰船的使用要求，而大量采用从加拿大进口的赛龙轴承(Thordon)或英国进口的飞龙轴承(TENMAT)，因此研究我国自主知识产权的水润滑轴承材料有着十分重要的意义。

1 水润滑轴承的特点

由于水具有无污染、来源广泛、节省能源、安全等特性，是具有发展潜力的工作介质。因此，为了降低或减少各种摩擦副因运动而产生的摩擦、磨损、振动、冲击、噪声、无功能耗、可靠性差和寿命较短等问题，节省大量油料和贵重有色金属等战略资源，净化和保护人类赖以生存的环境，利用水替代矿物油作为工作介质的水润滑轴承，成为高效节能与环境保护科学研究领域的前沿，已引起人们的普遍关注。

水润滑轴承用自然水作润滑介质，不需要特殊的轴承室，也不需要在强制润滑条件的润滑供给装置。但水的粘度低，海水锈蚀作用较强，易引起绝大多数材料电化学腐蚀和高分子材料老化、气蚀，使材料受到侵蚀等缺点。所以一般要求水润滑轴承材料具有较高的硬度，耐磨性，耐腐蚀性，较好的表面水润滑性和极小的吸水膨胀性等。

2 舰船用水润滑轴承新型材料的特点比较

传统的水润滑轴承材料是铁梨木。铁梨木的木质致密、坚硬、相对密度大，具有自润滑作用，曾广泛用于船舶艉管轴承。其缺点是不适宜用于经常航行在含泥沙较多水域，存在一定的水涨性，并且铁梨木的资源日渐缺乏。为此，新型水润滑轴承材料的开发研究主要集中在陶瓷、石墨材料、金属材料、以橡胶为基体的高分子材料和复合聚合材料等。

2.1 陶瓷、石墨材料与金属材料

陶瓷材料具有高硬度、耐高温、耐腐蚀、刚度高、热膨胀系数小、导热性好、比强度高和耐磨等优点，应用前景广阔。但是陶瓷质脆且抗振性能差，尤其是其对磨粒的嵌藏性能差，容易造成严重的磨粒磨损。另外，陶瓷硬度比一般金属的硬度还高，往往容易造成舰船轴系的严重磨损。

石墨材料具有自润滑性强、耐腐蚀、耐高温、化学稳定性好的特点。但其应用的范围较窄，且在海水腐蚀条件下，石墨材料易引起偶件电极电位腐蚀，不宜在水面舰艇或潜艇上使用。

金属材料耐磨性好，弹性系数大、硬度高，但对负荷的缓冲性差，难于形成水膜，不适用于流体润滑条件。由于金属易腐蚀，因此用作水下润滑轴承的金属大多是青铜、高强度黄铜和铝青铜等传统材料，至今未有突破。

2.2 改性橡胶材料

以橡胶为基体的高分子材料，继承了基体的高弹性和良好的吸振性能，而且加工工艺性能好，有着良好的摩擦磨损、抗磨粒磨损和疲劳磨损等性能，尤其是以丁腈橡胶为基本的材料，其吸振性能、化学稳定性能好，非常适合于用作水润滑轴承材料，并且橡胶轴承对泥沙不敏感，缓冲抑振等优点使其在工作条件越恶劣越能显示出优越性。但橡胶轴承的承载能力不高，导热性较差，同时易于产生低速噪声的缺点，因此橡胶改性是水润滑轴承的主要发展方向。

当前，有研究在轴承基体材料中，加入填充剂、促进剂，利用纳米技术对材料进行强化，或由丙烯酸脂与不饱合化合物共聚形成的一种新型特种丙烯酸脂橡胶，以提高橡胶的物理性能，延长使用寿命。但目前仍处于研究阶段，尚未大范围应用于工程实践。

2.3 复合聚合材料

复合增强聚合材料是目前比较受推崇的水润滑轴承材料，可取代铜合金，典型代表是加拿大的赛龙(Thordon)或英国的飞龙(TENMAT)。

赛龙材料是合成树脂和合成橡胶技术的混合物，由3次元交叉结晶热凝性树脂制造而成的聚合物，属于一种非金属的高分子化合材料。赛龙轴承在污水、腐蚀性环境中工作，有良好的抗震性，较高的耐磨损性，寿命长等优点。

飞龙材料是一系列编织酚醛树脂纤维强化的复合材料，具有良好的抗磨损性能、机械强度高、工作温度范围广、摩擦系数低、无滑动粘附现象、低水胀和热胀性等优点。

目前，赛龙和飞龙两型轴承已广泛用于船舶、水电站、核电站、各种泵类、矿山机械等领域。在船舶方面，全世界已有超过近万艘船舶安装了这两型轴承，以其耐磨、抗腐蚀、高承载力、不怕油水混合和对泥沙杂质不敏感等一系列特点而明显优于其他传统水润滑轴承。

3 国内研制舰船用水润滑轴承材料的思考

水是一种低粘度液体，在20℃时水的绝对粘度约为透平油粘度的1/65。而润滑液膜的承载能力与粘度成正比，与膜厚的平方成反比。因此在其他条件都相同的情况下，为获得相同的承载能力，则水膜的厚度仅为油膜厚度的1/8。但水膜不易形成，不能产生流体润滑效果，造成水润滑轴承承载能力比较低，而且很有可能在非流体摩擦工况下工作，容易产生轴瓦与轴颈的直接接触而发生摩擦磨损。因此，水润滑轴承材料的性能是决定其工作性能和使用寿命的一个重要因素，研究和应用新材料是水润滑轴承发展的一个重要方向。寻找开发研制立足国内，拥有自主知识产权的水润滑材料，系统考虑各种因素对水润滑轴承的影响，是确保水润滑轴承安全可靠运行的重要途径。

通过近几年实践工作经验，感到针对以水作为工作介质的水润滑轴承研制和应用急需在以下方向取得突破:

(1)水润滑轴承在含泥沙水质、高比压、边界润滑和干摩擦等工况条件下的摩擦磨损特性与润滑机理及减摩方法研究。

(2)适用于含沙水质、边界润滑、干摩擦和高比压等工况下的水润滑轴承材料配方、结构研究，包括:改性橡胶、酚醛基复合材料、新型尼龙、特殊聚胺脂等水润滑材料。

(3)水润滑轴承材料的先进制造、成型及加工的关键技术研究。

(4)适用于任何工况条件的各种大中型水面舰艇、水下潜艇的水润滑轴承、水润滑动密封轴承系列产品开发与应有研究。

节约能源，加强环境保护，是当今社会发展的主题之一，关系到国家的长远利益。新型水润滑轴承的逐步推广应用，将改变长期以来机械传动系统的传统观念，不仅节省大量油料和贵重有色金属，而且简化了轴系结构，避免因油泄漏污染水环境，其经济效益和社会效益将十分可观。相信在不久的将来，水润滑轴承的研究与应用会得到长足的发展。