产学合作 | 研究应用于轴承的纳米晶钢材

文摘   2024-09-26 18:07   河南  



SKF与学术界的战略性合约催生了两个大学技术中心,以推动轴承技术中关键领域的研究。



SKF在剑桥大学和伦敦帝国理工学院分别开设了大学技术中心,体现了SKF致力于资助长期的学术研究,以解决轴承技术方面一些最棘手的问题。


剑桥的大学技术中心主要侧重于钢的成分和热处理研究。


对SKF来说,工业界与学术界携手合作并不新鲜,SKF与世界各地很多大学一直有合作关系。SKF与剑桥大学材料科学和冶金学系,以及与帝国理工学院机械工程系签订了为期5年的战略合同,主攻轴承技术两个非常关键的领域。


2009年5月在剑桥成立了SKF第一个大学技术中心,剑桥大学团队主要侧重于钢的成分和钢的热处理研究,以更好地了解其机理,减轻对轴承的损害。剑桥团队由7位博士研究员和博士后组成,并由亨利•巴帝斯亚教授领导,他是享誉世界的钢材物理冶金学专家,曾研制出许多新合金钢,包括用于英法海峡隧道的特种钢轨。


英法海峡隧道使用了含有新合金的特种钢轨,这是亨利•巴帝斯亚的研究成果。


SKF另一个大学技术中心于2010年1月在伦敦帝国理工学院启用,它专注于摩擦系统的建模和模拟领域。摩擦学是工程学的一个分支,主要研究运动中的表面与其设计、润滑、摩擦和磨损部件之间的关系。休•斯皮克斯教授是该大学技术中心的负责人,这个团队由3位博士生和2位博士后组成。休•斯皮克斯教授发表过200多篇有关摩擦学的学术论文,并在该领域获得多项专利。


SKF与英国帝国理工学院已经成功合作了30多年。


帝国理工学院团队的目标是通过计算建模和理论研究,详细了解润滑剂化学、流体力学和弹性流体力学润滑、接触力学、磨损和表面疲劳等机理。目的是减少SKF轴承内的摩擦和磨损,从而延长使用寿命,提高环保成效。


虽然像SKF这样的高科技公司已有自己内部研发机构和专家,但是与学术界合作的优势在于能接触到善于长远思维,并掌握不同方法的世界顶级科学家和工程师,从而增强整体创造力。因此,比起纯粹的内部研发,与学术界合作所取得的成果对SKF而言更具有长远性的意义。


SKF是轴承技术的世界级翘楚,而我们在剑桥大学则掌握钢材及其性能以及如何改进的基础知识。合作使我们能开发出真正具有突破性的技术,有助于解决轴承领域的常见问题。


—— 亨利•巴帝斯亚

剑桥大学材料科学和冶金学系教授


SKF集团技术高级副总裁解释说:“我们并不是要亨利•巴帝斯亚下周就取得轴承钢的新进展。我们是希望逐步寻求创造性的改变。剑桥大学和帝国理工学院的工作给了我们新的见解 —— 即使在早期阶段就已经初见成效。我非常期待他们能为我们做到什么。”


除了具有创新思维的一流研究人员及其互补技能外,与学术界合作的另一个优势是能够汇集在SKF研究实验室中所不具备的设备和资源。例如,剑桥大学有20多台用于研究和绘制不同钢材原子结构的电子显微镜,在SKF内部做不了这么深入的研究。




最高层次的研究工作




剑桥大学材料科学和冶金学系的SKF钢材大学技术中心致力在轴承钢领域取得新突破。


剑桥大学的研究团队正在尝试减少轴承钢疲劳的新方法。


在过去36年里,剑桥大学教授兼SKF大学技术中心主任亨利•巴帝斯亚一直从事钢材及其性能的基础研究。他说,“轴承面临的一个主要问题是疲劳。钢球在轴承套圈上滚过时,就会对钢产生压力,这种压力最终会导致轴承失效,因此还有许多工作要做,以改进轴承钢的抗疲劳性能。”


巴帝斯亚表示,剑桥大学技术中心目前进行的工作包括使用纳米晶钢将轴承钢脆性相的含量降到最低。另一个研究领域包括利用粒子周围的张力捕获钢中的氢原子。例如水汽和润滑剂中含有的氢会通过侵蚀进入钢中。


“我们永远摆脱不了腐蚀问题,但如果我们能在氢造成破坏的地方将其捕获并分离开来,就能避免很多问题,”巴帝斯亚说。“世界上还没有人在研究应用于轴承的纳米晶钢材,也没有人拥有我们这样的设施。”


虽然捕氢的纳米技术尚在起步阶段,但是巴帝斯亚相信它会成为突破性技术。


巴帝斯亚说,“我们的目标是从事长期研究,开发出能在SKF产品中使用的新技术。要测试该技术,我们还有很长的路要走,但如果成功,并能解决氢的问题,我们就找到了一种良方,使氢变得无害。”


这说起来容易做起来难。1%碳加1.5%铬的轴承钢是制造轴承最常用的钢材。通过添加各种各样浓度为百万分之一的原子或溶质对钢材进行调质(除了炼钢和轧钢的各种工艺),可以对钢的晶体结构产生极大影响,从而改变其使用性能。巴帝斯亚的团队希望能减少所需的试验次数,开发和使用适合轴承技术的冶金理论。


巴帝斯亚表示,“只有5%的科学研究最终能转化成应用技术,但我们的目标是制造出产品,我们没有理由做不到 —— 要知道SKF提供了100%天衣无缝的合作,以及那么多的善意帮助。”




学术合作成果




几十年来,SKF一直都与学术界合作。如今,SKF与大学技术中心有十多个正在进行中的合作项目。英国伦敦的帝国理工学院和位于瑞典北部的吕勒奥理工大学就是很好的例子,SKF还在法国里昂的法国国立应用科学学院赞助了一个摩擦学教授的职位。这些长期的合作关系带来了累累硕果,在轴承以及摩擦学、传感器技术和产品生命周期等轴承相关领域都有诸多的研发成果。重要的是,它们为复杂的问题注入新思路,能够跳出条条框框来思考。


SKF正在与瑞典吕勒奥理工大学合作开展研究项目,将生成式人工智能的强大功能引入设备可靠性领域。


SKF在剑桥大学材料科学和冶金学系,以及伦敦帝国理工学院机械工程系分别设立了大学技术中心。剑桥的科学家将研究如何改进轴承钢的抗磨损和抗疲劳性能。帝国理工学院的科学家将研究轴承力学和润滑系统,以减少造成各种设备停机的磨擦和摩损。


SKF集团技术高级副总裁表示,这两个大学技术中心投入全面运作后,下一阶段将致力吸引欧盟或各国政府的资助。其它大学也将纳入合作协议考虑之列。


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轴承杂志社
《轴承》创刊于1958年,由洛阳轴承研究所主管、主办,国内外公开发行,中文核心期刊、中国科技核心期刊。
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