多晶金刚石涂层在提高碳化硅轴承寿命上的应用

多晶金刚石涂层在提高碳化硅轴承寿命上的应用 多晶金刚石涂层在提高碳化硅轴承寿命上 的应用 76多晶金刚石涂层在提高碳化硅轴承寿命上的应用2011NQ2 0.80 070 O.60 O50 .一4o 蜷 魁0.30 0.20 0.10 0.OO 01002003004005006007008009OO1000 距离/m 图2在中等润滑和无润滑运行隋况下的实验室带轴的轴承测试 无润滑运行能力是在一个同泵体相近的带轴 的轴承试验台上进行的.试样如图3所示.在设定的 载荷情况下组合的工作状态的限定在测试系列中 是规定的.无润滑运行时计算所得的单位载荷为 0.5N/ram,相应的平均滑动速度为7.4m/s.以在固定 环上测得的温度为250?时作为停止判据.在测试过程 中,分别记录轴承温度,输入功率以及所测量的摩擦 系数. 下列材料的自成对摩擦副在无润滑运行的情况下 在带轴的轴承试验台上进行了测试. ?没有涂覆的烧结碳化硅SSiC ?没有涂覆的C/SiC/Si ?涂覆类金刚石石墨DLC的SSiC ?涂覆多晶金刚石的SSiC p 赠 ?涂覆多晶金刚石的C/SiC/Si 至于无润滑运行的稳定性,无润滑运行试验得出 的材料排序如图3所示.单片碳化硅由于脆断较早失 效.在SSiC上涂覆类金刚石涂层延长了它的运行时 间,但是在测试结束时,类金刚石涂层完全被磨漏, 不像多晶金刚石涂层.抗破坏的陶瓷复合材料C/SiC/Si 的运行时间同只有SSiC的相比也要高. 涂覆金刚石的SSiC或者C/SiC/Si都表现出无润滑 运行时间显着增长.同单片SSiC材料相比,作为基体 材料的C/SiC/Si陶瓷的优点是SiC/C互相贯穿的网络 结构更能够抵挡破坏和热冲击.因此,金刚石涂覆的 C/SiC/Si试样(不像SSiC试样)不会破坏,因此可以 重复使用. 图3极端的无润滑运行情况下实验室带轴的轴承测试结果 国外大电机 泵零部件测试结果 针对金刚石涂层是作为轴承材料使用的实际情况, 在泵试验台上进行了作为泵零件的测试.测试条件同一 般测试相比要苛刻得多,因为使用金刚石涂层的主要目 的是要扩展由所输油品润滑轴承的应用范围. 然而在极端情况下,在参数的选择区间内可能会 遇到泵运行过程中的不充分润滑或者无润滑运行情 况,这两种情况都可能会发生在设备里.在泵试验台 上进行了包括这些极端情况在内的总共四种不同情况 的测试.表l给出了各自的测试参数.载荷试验,不 充分润滑试验和蒸发试验分别在密封式电动泵上进行 了试验.由于前叶片在轴承上施加了额外的压力,所 以试验是在一个很难承受的4N/mm的高滑动压力下 行的. 结论 经过一个磨合阶段后,在不断增大载荷的情况, ,如果是突然施 SSiC承受了4N/mm的高载荷.然而 加一个4N/ram的起始载荷,SSiC就会被破坏.自成 对材料C/SiC/Si,C/SiC/Si+金刚石和SSiC+~刚石在 不充分润滑和蒸发情况下都表现出了优异的运行性能 (图4). 表1泵轴承部件的测试条件 测试参数 载荷试验p,~=4N/mm.;V~lid~=10m/s;T=30"C 不充分润滑试验p~=4N/mm;V.1id~=10m/s;T=140"C p~=4N/mm;li~=10m/s;T=140"C+水压力下 蒸发试验 降 Pm=0.4N/ram';Iide=10m/s;T=30?, 磨损试验' 沙粒5(5O,2oom) ×碳化硅磁化硅 V碳化硅+金刚石,碳化硅+金刚右 v石墨,碳化硅腱冉瓷复台材糊石墨,碳 化硅腱陶瓷复台材料 v石墨磁化硅,硅冉瓷复合材料+金刚石 碳化硅继陶瓷复台材料+金刚石 x碳化硅,碳化硅 V碳化硅+盒剐石,碳化硅十金刚石 v石墨,碳化硅脏陶瓷复台材料,石墨,碳 化硅,硅陶瓷复台材料 v石墨,碳化硅难冉瓷复合材料+金刚石 碳化硅腱陶瓷复合材料+金刚石 v碳化硅磁化硅 v碳化硅—睦刚石例}化硅+金刚石 ×右墨磁化硅继陶瓷复台材料,石墨,碳 化硅腱陶瓷复合材料 x石墨/碳化硅/硅陶瓷复合材料+金刚石,石墨 碳化硅,硅陶瓷复合材料+金刚石 234 载荷压力/(N/nun) x碳化硅,碳化硅 v碳化硅中盆刚石,碳化硅十金刚石 v石墨,碳化硅难陶瓷复台材料/石墨,碳 化硅,硅陶瓷复合材料 v石墨,碳化硅,硅陶瓷复合材料+金刚石/石 碳化硅,硅陶瓷复合材料+金刚石 图4密封式电动泵中轴承部件测试结果 由于在摩擦载荷下低的摩擦系数和高的热导率, 多晶金刚石涂层表现出很好的抗局部过热性能,即使 是在不充分润滑和无润滑运行的极端条件下,也可以 很好地保护SSiC基体,同C/SiC/Si相比具有更优异的 耐磨性能.这意味着采用金刚石涂层使得轴承在无润 滑运行和磨损的情况下的应用变得可能,而目前来看, 市场上现有的轴承材料还难以满足这种要求.这些发 现开创了涂覆金刚石涂层轴承的全新应用领域和工作 模式. 图5了在泵的不充分润滑或者无润滑运行情 况下可使用的轴承材料. 旺 !}粤 瞬时性水久性瞬时性 不充分润滑不充分润滑空运行 图5在泵的不充分润滑或者空运行隋况下应用的轴承材料 参考文献2种(略) 李景译自《Proceedingsof2010International ConferenceonPumpsandFansICPF2010》吴新润校 警