高温下での金属軸受け材料について

質問

• 内部温度が600℃の燃焼タンクの上部から出る内部攪拌用シャフトをガイドするための軸受け材料について教えてください。
• シャフト径が50mmで、シャフトとタンク壁面の材質はSUS304です。
• 高温環境で使用できる軸受け材料や表面処理についても教えてください。

回答No.2

noname#230359

構造図面がないのでなんともいえませんが、６００度の温度を直に受ける所に軸受けを設けることは、回避できないのでしょうか？鉄・非鉄系産業での燃焼炉では、内部はもっと高温度（千度前後）になりますが、内部循環ファンの軸受けにはその温度は伝わらない構造にしています（回転数は千回転／分ほど）。距離をとったり、断熱、ハウジングの冷却などにより、２００度以下とし、汎用性の軸受け（転がり軸受）を使用し、高温用グリースで潤滑するのが一般的かと思います。これが、低速回転（数十／分）ならば話は別で、「すべり軸受け」を使用すれば千度位でも使用できる物が汎用品でもあるはずです。ただし、定量的な判断（寿命保障）は使用条件や環境により異なるので、やってみないとわからないと思います。

補足

返信、遅くなりました。アドバイスありがとうございます。
早速ですが、数点の補足と質問をさせてください。

まず熱の回避についてですが、一般的な燃焼路ではどのように断熱しているのでしょうか。今回質問した軸受けはタンク壁面に設けるため熱源から距離をとったり断熱は難しいのですが、この軸受け部からモータ側（熱源から離れる方向）のシャフトではタンク内の負圧を維持するためにグランドパッキンでシールしており、このシール部に熱を伝えたくないため、熱源から距離をとる事やシャフトを途中でフランジ取り合いにして、セラミックスを挟み込むなどの断熱対策を検討しております。ただ、セラミックスは割れやすいので非常に難しいです。

次に汎用品の軸受けについてですが、まず回転数は20[rpm]と低速回転です。それで金属の耐熱仕様の軸受けも検討し、700℃まで使用できる金属のすべり軸受け材料（サーマロイといいます）があったのですが、SUS304と熱膨張率が異なることから、精度良く製作することができず、使用できませんでした。詳細として常温時の軸と軸受けの隙間が0.9mm、600℃でも0.4mmと非常に大きいのです。（それ以上隙間を小さくすると、熱膨張によりしまりバメになる可能性があるため、メーカとして保障できないようです。）
できれば同じ回転軸と同じ材質であるSUS304に表面加工を施す事も検討しましたが、メッキや窒化は硬化層が剥離する可能性があるので採用しておりません。そのほか、砲金、銅などのやわらかい材料で精度良く作り、熱によって膨張しても削られてなじませる方法も乱暴ではありますが検討中です。