微型电机采用的主轴是微型轴，现在微型电机采用的微型轴只是简单的圆柱轴体，但电机上的转子铁心是由若干个冲片紧密贴合形成，同时转子铁心在电机上的安装长度是固定的，但电子通过转子进行高速转动时，让转子铁心导致多个紧密贴合冲片具有产生间隙的问题。
微型电机轴其主要材料包括碳钢、不锈钢、铜、铝等，表面处理方式多样，如镀锌、镍、发黑、渗碳等。
微型电机轴作为核心传动部件，其材料选择直接影响电机性能、寿命和可靠性，具体材料要求可归纳为以下关键维度：
1. 机械性能要求
| 性能指标 | 技术要求 | 典型材料示例 |
| 高强度 | 抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥600MPa（应对高速离心力与冲击载荷） | 17-4PH不锈钢、马氏体时效钢 |
| 高刚性 | 弹性模量≥200GPa（抑制微米级弯曲变形） | 碳化硅增强铝基复合材料 |
| 抗疲劳性 | 10⁷次循环载荷下疲劳极限≥450MPa（适应频繁启停工况） | Ti-6Al-4V钛合金、SUS631不锈钢|
2. 热性能要求
| 性能指标 | 技术要求 | 实现方案示例 |
| 低热膨胀系数 | CTE≤11×10⁻⁶/K（20-150℃范围，保障尺寸稳定性） | Invar合金（Fe-36Ni）、碳纤维复合材料 |
| 高热导率 | ≥80W/(m·K)（快速导出转子发热） | 金刚石涂层（5μm厚，导热率2000W/(m·K)) |
| 耐高温软化 | 300℃下硬度衰减≤10%（防止高速摩擦温升导致软化） | 氮化硅陶瓷（HV1400@300℃） |
3. 表面性能要求
| 性能维度 | 关键技术需求 | 先进处理技术 |
| 耐磨性 | 表面硬度≥HV1000（降低轴-冲片界面磨损） | DLC涂层（厚度2-5μm）+激光微织构 |
| 低摩擦系数 | 干摩擦系数≤0.15（减少能量损耗） | MoS₂/TiN复合涂层（多层结构） |
| 抗微动磨损 | 微动磨损深度<1μm/1000h（抑制高频振动导致的表面损伤） | 等离子体电解氧化（PEO）处理 |
4. 特殊环境适应性
| 应用场景 | 材料应对方案 | 典型案例 |
| 腐蚀环境 | 盐雾试验1000h无锈蚀（医疗/海洋设备） | SUS316L不锈钢+CrN涂层 |
| 真空环境 | 出气率≤10⁻⁶Torr·L/(s·cm²)（航天应用） | 钛合金+阳极氧化处理 |
| 生物相容性 | 通过ISO 10993细胞毒性测试（植入式医疗设备） | 医用钴铬合金（CoCrMo） |
5. 制造工艺匹配性
- 精密加工性：需满足车削粗糙度Ra≤0.2μm（微型轴直径通常0.3-2mm）
- 优选材料：易切削不锈钢（如SUS420F）、粉末冶金高速钢
- 热处理稳定性：淬火变形量≤5μm（微型轴长径比可达20:1）
- 方案：真空淬火+深冷处理（-196℃×4h）
6. 轻量化与成本平衡
| 材料类型 | 密度(g/cm³) | 比强度(MPa·cm³/g) | 成本指数（相对钢） |
| 钛合金 | 4.5 | 160-220 | 8-10 |
| 陶瓷复合材料 | 3.2 | 250-300 | 15-20 |
| 高强度铝合金 | 2.8 | 120-150 | 3-5 |
典型材料组合方案
1. 经济型方案：SUS420J2不锈钢（HRC52）+ 激光熔覆WC-Co涂层（耐磨层）
2. 高性能方案：Ti-6Al-4V钛合金 + 类金刚石（DLC）梯度涂层（摩擦系数0.08）
3. 极端工况方案：Si₃N₄陶瓷轴体 + 金属化过渡层（钎焊连接可靠性＞99%）
材料验证关键测试
1. 动态微变形测试：在10⁵rpm下激光干涉仪监测轴体径向跳动（≤1μm）
2. 微区成分分析：通过TOF-SIMS检测涂层元素扩散深度（要求<50nm）
3. 纳米压痕测试：测量表面改性层硬度梯度（从基体到表面硬度提升3-5倍）
通过系统性材料设计与多尺度性能优化，现代微型电机轴已可实现10万小时免维护运行，同时支持转速突破50万rpm（如牙科手机应用）。未来发展趋势将聚焦于智能材料（如形状记忆合金自适应轴）与原子层沉积（ALD）超薄膜技术的集成创新。
