轴承知识
轴承钢低温离子渗硫技术及摩擦学性能评价
2010-08-24刘家浚教授 （清华大学）
1、低温离子渗硫技术
GCr15轴承钢是我国广泛应用的一类高铬轴承钢，大量用于制造各种机械设备所使用的轴承，如图1所示。轴承作为主要的传动承载件，在工作过程中会受到很大的压力和摩擦力，很容易发生磨损破坏，从而降低轴承的工作寿命，影响到机械设备的正常运行。
GCr15轴承钢是我国广泛应用的一类高铬轴承钢，大量用于制造各种机械设备所使用的轴承，如图1所示。轴承作为主要的传动承载件，在工作过程中会受到很大的压力和摩擦力，很容易发生磨损破坏，从而降低轴承的工作寿命，影响到机械设备的正常运行。
图1 各种轴承示意图
使用固体润滑技术可以有效地提高处于边界润滑状态下轴承抵抗磨损的性能。固体润滑技术主要是利用固体润滑薄膜来改善接触表面之间的润滑状态，达到减摩抗磨的目的，其作用原理见图2所示。FeS是一种典型的固体润滑材料，利用低温离子渗硫技术可在保证轴承形状精度及基体强度损失较小的情况下在轴承材料表面制备一层FeS固体润滑层，从而改善轴承钢的摩擦磨损性能。
图2 固体润滑层作用原理示意图
2. 低温离子渗流设备
立式离子渗流设备
卧式离子渗硫设备
3． 渗硫层结构分析
经低温离子渗硫处理试样的X射线衍射分析（XRD）图谱如图3所示。
图 3 渗硫处理试样的表面 XRD图谱
采用俄歇扫描探针（AES）对渗硫样品表面 Fe、S元素沿深度的变化进行分析，结果如图4所示。可见，GCr15钢采用低温离子渗硫技术可以在表面获得一定厚度的FeS层，平均约为1μm，Z大可达到3μm。
图4 渗硫表面的 AES谱图
4、渗硫层观察
渗硫样品的表面形貌扫描电镜（SEM）照片如图5所示。GCr15钢渗硫层表面呈疏松多孔结构。
渗硫样品的表面形貌扫描电镜（SEM）照片如图5所示。GCr15钢渗硫层表面呈疏松多孔结构。
图5 渗硫层表面形貌的SEM照片
渗硫样品的截面形貌SEM照片如图6所示，黑色层为表面的渗硫层，与基体有明显的分界线。
图 6 渗硫层截面 SEM照片
5、渗硫层摩擦磨损性能
图7为GCr15原始表面与渗硫表面在油润滑（150SN基础油）条件下，在不同转速的承载能力曲线，相对于原始表面，渗硫表面的承载能力至少是原始表面的2倍以上。
图 7 Z大承载载荷随转速的变化
图8渗硫盘与原始盘的摩擦系数随时间变化及实时磨损量曲线，由图可看出，在整个摩擦磨损试验过程中，渗硫盘的摩擦系数和实时磨损量都低于原始盘，表现出优异的减摩抗磨性能。
图 8 摩擦系数随时间变化及实时磨损量曲线
图9为磨损寿命试验结果。渗硫处理可以有效地延长GCr15钢的磨损寿命。
图 9 定转速载荷下摩擦系数随时间的变化
6. 离子渗硫技术在其它零件上应用的部分实例
7．Z近出版的有关专著
