一、鋅合金的發(fā)展
1930年“二戰(zhàn)”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(dòng)了新一代滑動(dòng)軸承合金的研究。 1935年,德國經(jīng)過近五年的研究,發(fā)現(xiàn)鑄造鋅基合金和鑄造鋁基合金的力學(xué)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制造軸瓦(套)產(chǎn)品,而且裝備到軍事坦克和汽車中并取得良好的效果。 1939-1943年“二戰(zhàn)”期間,德國鑄造鋅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(guān)注和重視。
1959年,國際鉛鋅組織成員單位聯(lián)合啟動(dòng)了一項(xiàng)科研計(jì)劃,命名為“LONG-S PLAN”,其宗旨是研發(fā)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(jì)劃中將此研發(fā)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制出鋁基long-s metal減摩合金,牌號(hào)分別為AS7、AS12、AS20等。鋁基合金AS7、AS12首先被應(yīng)用在汽車上替代了傳統(tǒng)的銅基合金軸瓦,使汽車的高速性能得到了很大提高,促進(jìn)了汽車工業(yè)快速發(fā)展;在此之后鋁基合金AS20又在大、中型電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、水輪機(jī)、工業(yè)泵、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等高速、中低載荷的工況下得到了應(yīng)用,替代了傳統(tǒng)的巴氏合金,促進(jìn)了裝備制造業(yè)的快速發(fā)展。 上世紀(jì)70年代初期,加拿大Norand Mines Limied研究中心與美國Zastern公司合作,研制出鋅基long-s metal減摩合金ZA8、ZA12、ZA27等,并將ZA27減摩合金應(yīng)用在軋鋼機(jī)、壓力機(jī)、齒輪箱、磨煤機(jī)、空調(diào)、精密機(jī)床等低速、重載的工作場合,全面替代了傳統(tǒng)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(guān)注,許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家都在long-s metal研發(fā)上投入更多的人力、物力,僅美國就有數(shù)十家公司開發(fā)long-s metal鋁基、鋅基等系列減摩合金。
由于long-s metal具有優(yōu)良的減摩性、較好的經(jīng)濟(jì)性,在制造業(yè)領(lǐng)域迅速得到推廣并全面替代銅基合金、巴氏合金等傳統(tǒng)減摩合金,具有很強(qiáng)的市場競爭力。
后來人們稱long-s metal軸承合金為新型減摩合金。
美國Zastern公司技術(shù)顧問Mr.Bess在其介紹“LONG-S PLAN”文章中指出:研制經(jīng)濟(jì)型long-s metal鋅基合金的目的,不僅僅是要在傳統(tǒng)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(shù),使long-s metal應(yīng)用于銅基合金和巴氏合金在強(qiáng)度、耐磨性不能滿足要求的場合。
據(jù)Mr.Bess當(dāng)時(shí)的預(yù)測:“l(fā)ong-s metal鋅基合金在近期會(huì)有一個(gè)很大的發(fā)展,其生產(chǎn)規(guī)模和銷售市場將迅速擴(kuò)大,二十一世紀(jì)將是long-s metal 鋅基合金的全盛時(shí)期?!?/span>
二、國內(nèi)鋅合金的發(fā)展
緣于新型long-s metal鋅合金與傳統(tǒng)的巴氏合金皆可用于制造滑動(dòng)軸承,而且制造成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于巴氏合金,故long-s metal被國內(nèi)音譯為“龍氏合金”,業(yè)內(nèi)稱long-s metal為新型減摩合金,更多人習(xí)慣稱之為新型軸承合金。
1982年,國家鑄造技術(shù)的歸口單位沈陽鑄造研究所,引進(jìn)了美國ASTM B791-1979標(biāo)準(zhǔn)中l(wèi)ong-s metal ZA27鋅合金,經(jīng)過近二年的消化吸收,開發(fā)出了國產(chǎn)鋅基ZA27新型軸承合金,國家標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)為ZA27-2,標(biāo)志了我國新型減摩合金的發(fā)展拉開了序幕。
1985年,由時(shí)任遼寧省副省長陳淑芝女士的倡導(dǎo)和沈陽鑄造研究所有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下,成立了由沈陽鑄造研究所的技術(shù)骨干組成的沈陽軸瓦材料研究所,專門從事引進(jìn)國外的long-s metal技術(shù),以推動(dòng)國內(nèi)“龍氏合金”技術(shù)的發(fā)展及推廣。
1991年,沈陽軸瓦材料研究所首先在鋅基ZA27-2合金的基礎(chǔ)上,研究開發(fā)了高鋁鋅基ZA303合金材料,解決了ZA27-2低溫脆性等缺點(diǎn),并與當(dāng)年通過了沈陽市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科學(xué)技術(shù)成果鑒定,自此“龍氏合金”技術(shù)在國內(nèi)各大高等院校和科研單位進(jìn)行大范圍的擴(kuò)散和技術(shù)交流,推動(dòng)了我國“龍氏合金”的快速發(fā)展。 三、鋅基合金進(jìn)入了“微晶合金”時(shí)代
1990年7月,第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議在美國巴爾的摩舉辦,標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生,該會(huì)議正式宣布納米材料科學(xué)為材料科學(xué)的一個(gè)新分支。 1999年,納米技術(shù)走向市場,基于納米技術(shù)的產(chǎn)品全球年總營業(yè)額高達(dá)到500億美元;一些國家紛紛制定相關(guān)戰(zhàn)略或者計(jì)劃,投入巨資搶占納米技術(shù)戰(zhàn)略高地。日本設(shè)立納米材料研究中心,把納米技術(shù)列入新5年科技基本計(jì)劃的研發(fā)重點(diǎn);德國專門建立納米技術(shù)研究網(wǎng);美國將納米計(jì)劃視為下一次工業(yè)革命的核心;中國也將納米科技列為中國的“973計(jì)劃”。 2001年,源自納米技術(shù)所衍生出來的一個(gè)技術(shù)分支---微納米應(yīng)用技術(shù)。發(fā)達(dá)國家的微納米應(yīng)用技術(shù)在基礎(chǔ)材料領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用并取得了驚人的成果,尤其是應(yīng)用微納米技術(shù)制造出的許多微晶合金材料,正在對人類產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,已徹底改變了人們的思維方式。
中國微米納米技術(shù)學(xué)會(huì)會(huì)員單位的科研人員將微納米技術(shù)應(yīng)用在特種減摩合金材料領(lǐng)域,先后開發(fā)出了為滿足某些單項(xiàng)性能有特殊需求的微晶合金材料,如航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(bǔ)了減摩材料國內(nèi)的空白,而且從材料的單項(xiàng)性能方面保持了與世界微晶合金技術(shù)的同步發(fā)展。 2009年,中科院沈陽金屬研究所、沈陽鑄造研究所、沈陽理工大學(xué)等微納米技術(shù)應(yīng)用研究領(lǐng)域的專家們,開展產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān);研發(fā)出一整套微合金化處理及低溫急冷等聯(lián)合熔鑄工藝技術(shù)(俗稱三次熔煉工藝法),實(shí)現(xiàn)了鋅基微晶合金的制備;已有四種鋅基微晶合金材料在國內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn),其中包括具有超低減摩系數(shù)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,具有良好抗沖擊特性的微晶鋅基合金LZA4510等。
鋅基微晶合金可以滿足單項(xiàng)性能特殊要求的特性,是區(qū)別于傳統(tǒng)普通減摩合金的重要標(biāo)志,為裝備制造業(yè)實(shí)現(xiàn)減摩材料的定制化生產(chǎn),滿足了設(shè)備制造的個(gè)性化需求,為實(shí)現(xiàn)裝備制造的高效率、高精度、高可靠性、低成本等方面提供了有力的保障。
2010年,采用鋅基微晶合金制造的軸瓦、軸套、蝸輪、滑板、絲母等系列減摩產(chǎn)品,已經(jīng)成功地在鍛壓設(shè)備制造行業(yè)、數(shù)控機(jī)床制造行業(yè)、減變速機(jī)制造行業(yè)、重型礦山設(shè)備制造行業(yè)、工程機(jī)械制造行業(yè)中得到了應(yīng)用。 鋅基微晶合金產(chǎn)品以其高可靠性及穩(wěn)定性成功替代傳統(tǒng)減摩合金和新型減摩合金產(chǎn)品,取得了良好的社會(huì)效益和巨大的經(jīng)濟(jì)效益,標(biāo)志我國鋅基合金的發(fā)展進(jìn)入了“微晶合金”時(shí)代。