陳翠麗

（洛陽(yáng)LYC軸承有限公司，洛陽(yáng) 471003）

傳統(tǒng)的鋼制軸承，依靠結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑條件的改進(jìn)，已經(jīng)難以滿足高速、高溫環(huán)境下的使用要求。鋼制內(nèi)外圈和陶瓷球組成的混合陶瓷球軸承（以下簡(jiǎn)稱“陶瓷球軸承”），已成為已經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子支承的最好選擇［1］，其外觀如圖1所示。

圖1 陶瓷球軸承

軸承用陶瓷球具有的耐高溫、耐磨、耐腐蝕、電磁絕緣、無(wú)油自潤(rùn)滑等特點(diǎn)，是金屬鋼球無(wú)法比擬的。陶瓷材料不僅具有軸承材料的全部重要特性，而且，還可以承受金屬材料和高分子材料所不能承受的惡劣的工作環(huán)境。

陶瓷球軸承已廣泛應(yīng)用于航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)及高精度高轉(zhuǎn)速機(jī)床、石油化工機(jī)械、冶金機(jī)械等領(lǐng)域，對(duì)陶瓷球質(zhì)量的控制就顯得尤為重要。筆者對(duì)陶瓷球熒光檢測(cè)的滲透劑進(jìn)行靈敏度試驗(yàn)，優(yōu)化了熒光滲透檢測(cè)工藝，取得了較好的試驗(yàn)效果。

1 陶瓷材料的特性及陶瓷球軸承的應(yīng)用特點(diǎn)

（1）高速 陶瓷材料的重量?jī)H為鋼材重量的40%，可實(shí)現(xiàn)軸承的輕量化和高速化。航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)陶瓷球軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，能夠降低因離心力作用引起的滾動(dòng)體載荷。陶瓷球軸承的轉(zhuǎn)速可達(dá)鋼制軸承的1.3～1.5倍。

（2）高剛性 陶瓷的彈性模量為金屬的1.5倍，受力后彈性變形小，剛度可提高15%～20%，從而減輕機(jī)床振動(dòng)，在高精密系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

（3）長(zhǎng)壽命 陶瓷的硬度較金屬的硬度高1倍多，能夠減少磨損，具有較好的耐磨性。陶瓷的抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度與金屬相當(dāng)；抗壓強(qiáng)度極高，約為金屬材料的5～7倍；尤其是在高溫條件下，仍能保持高的強(qiáng)度和硬度。耐壓性能好的陶瓷球軸承的壽命，通常較鋼制軸承提高3～5倍。

（4）低發(fā)熱 陶瓷材料的摩擦系數(shù)較小，僅為標(biāo)準(zhǔn)軸承鋼的30%左右；與金屬材料相比，陶瓷的導(dǎo)熱性能較差；因此，陶瓷球軸承工作時(shí)產(chǎn)生的熱量較小，可延長(zhǎng)潤(rùn)滑脂的壽命。

（5）低熱膨脹 陶瓷的熱膨脹系數(shù)約是鋼的20%，故陶瓷球軸承尺寸受溫度的影響小，且產(chǎn)生的熱預(yù)載較低，從而避免了熱量聚集造成的疲勞剝落。

（6）耐蝕性 陶瓷性材料不活潑的化學(xué)特性，使陶瓷球軸承具有一定的耐腐蝕性能，可用于化學(xué)特性復(fù)雜的場(chǎng)合。

（7）無(wú)磁性 強(qiáng)磁環(huán)境中使用鋼制軸承時(shí)，從軸承本身磨損下來(lái)的微粉被吸附在滾動(dòng)體和滾道面之間，成為軸承提前剝落損壞、噪聲增大的主要原因。由于陶瓷球軸承完全非磁性，且具有正常的承載能力，所以可用于需要完全非磁性的場(chǎng)合。

（8）絕緣性 陶瓷材料的電阻率較高，可作為較好的絕緣材料，使軸承免遭電弧損傷。

2 陶瓷球質(zhì)量檢驗(yàn)方法

從斷裂力學(xué)的角度出發(fā)，產(chǎn)品零件的表面缺陷比內(nèi)部缺陷更具危害性，所以主要分析陶瓷球表面缺陷及其檢驗(yàn)方法。

2.1 陶瓷球常見(jiàn)表面缺陷

陶瓷球常見(jiàn)的表面缺陷有：裂紋、凹坑、雪花、劃傷、擦傷等。

產(chǎn)生表面缺陷的原因主要有：球胚球度差研磨盤在陶瓷球表面產(chǎn)生的裂紋；異常磨粒在加工中產(chǎn)生的凹坑；精研過(guò)程中不正確的加工壓力和沒(méi)有破碎的硬磨粒產(chǎn)生的擦傷和劃傷等。

2.2 陶瓷球檢驗(yàn)方法

陶瓷球的質(zhì)量，除了控制制造工藝以外，無(wú)損檢測(cè)是確保其質(zhì)量的主要方法之一。

陶瓷球表面黑而光亮，針對(duì)陶瓷球表面缺陷檢查的手段主要有：在強(qiáng)光下進(jìn)行目視檢查；采用著色滲透檢測(cè)方法；采用熒光滲透檢測(cè)方法；借助10倍以下放大鏡目視檢查；通過(guò)掃描電鏡進(jìn)行檢測(cè)。各檢驗(yàn)方法下的陶瓷球表面形貌示例如圖2所示。

圖2 各種檢驗(yàn)方法下的陶瓷球表面形貌示例

通過(guò)圖2可看出，要想可靠地檢測(cè)出表面細(xì)微裂紋，選擇合適的檢驗(yàn)方法很重要。

3 陶瓷球的滲透檢測(cè)

對(duì)于表面缺陷的檢測(cè)，常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法主要有磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)和渦流檢測(cè)。針對(duì)陶瓷球的電絕緣和不導(dǎo)磁的特點(diǎn)，選擇滲透檢測(cè)方法對(duì)陶瓷球表面缺陷進(jìn)行檢測(cè)比較合適。

3.1 滲透檢測(cè)原理［2］

當(dāng)被檢工件表面涂覆了帶有著色染料或熒光染料物質(zhì)，且具有高滲透能力的滲透劑時(shí)，由于毛細(xì)管作用和濕潤(rùn)作用，滲透劑滲透入工件表面開(kāi)口缺陷中；然后，將工件表面多余的滲透劑清洗去除干凈，但保留住缺陷中的滲透劑；再在被檢工件表面噴涂顯像劑，缺陷中的滲透劑在毛細(xì)作用下重新被吸附到工件表面，形成缺陷痕跡；在白光燈（著色染料）或紫外線燈（熒光染料）照射下，即可觀察到缺陷的著色圖像痕跡（白光燈下）或熒光圖像痕跡（紫外線燈下），并對(duì)缺陷性質(zhì)進(jìn)行評(píng)定。

3.2 熒光滲透檢測(cè)靈敏度試驗(yàn)

為了驗(yàn)證所采用的熒光滲透劑的系統(tǒng)靈敏度，采用TP系列靈敏度試塊進(jìn)行靈敏度試驗(yàn)。

靈敏度試驗(yàn)的試塊上人工缺陷深度分別為10，20，30μm；各試塊標(biāo)為TP－20，TP－20，TP－30。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同缺陷深度的試塊跡痕顯示

從高靈敏度試塊的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，各試塊均能顯示清晰的跡痕，說(shuō)明所采用的滲透劑系統(tǒng)符合要求。

根據(jù)工藝要求，最后選定TP－20（人工缺陷深度為20μm）試塊，作為陶瓷球試驗(yàn)的參考試塊。

3.3 熒光滲透檢測(cè)工藝優(yōu)化

陶瓷球表面裂紋比較微小，航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)陶瓷球軸承應(yīng)用熒光滲透法進(jìn)行檢測(cè)。為了提高陶瓷球熒光滲透檢測(cè)的可靠性，確保產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)陶瓷球熒光滲透檢測(cè)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的工藝流程如下：

（1）預(yù)處理：使用無(wú)塵布擦拭，去除陶瓷球表面的外來(lái)污物雜質(zhì)。

（2）滲透：高靈敏度水洗型熒光滲透劑，浸涂法；滲透溫度：15～40℃；滲透時(shí)間：不少于10min分鐘。

（3）去除：水洗在紫外線燈照射下進(jìn)行；在保證得到合格背景的前提下，水洗時(shí)間應(yīng)越短越好；水壓不得超過(guò)0.3MPa，水溫控制在30～40℃。

（4）干燥：采用干凈的無(wú)塵布將陶瓷球表面吸干。

（5）顯像：采用自顯像法，觀察應(yīng)在吸干后立即進(jìn)行，一般7 min，如顯示跡痕的大小不過(guò)分?jǐn)U大，則觀察可超過(guò)上述時(shí)間。

（6）檢驗(yàn)：在紫外線燈下觀察，紫外線燈在檢測(cè)前至少預(yù)熱5 min，被檢表面的紫外輻照度不小于1 500w／cm2，環(huán)境的白光強(qiáng)度不得大于20lx。

經(jīng)過(guò)大量的檢測(cè)試驗(yàn)證明，采用優(yōu)化后的熒光滲透檢測(cè)工藝，可以檢出陶瓷球表面的細(xì)微裂紋缺陷。

4 結(jié)語(yǔ)

采用TP系列試塊對(duì)陶瓷球熒光檢測(cè)的滲透劑進(jìn)行靈敏度試驗(yàn)，優(yōu)化了熒光滲透工藝，檢測(cè)結(jié)果表明，應(yīng)用優(yōu)化后的熒光滲透檢測(cè)工藝能有效地檢出航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)陶瓷球表面微細(xì)裂紋。

［1］陳巍，李云清，杜發(fā)榮.混合陶瓷球軸承在微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用［J］.軸承，2009（6）：32－35.

［2］胡學(xué)知.滲透檢查［M］.北京：中國(guó)勞動(dòng)出版社，2007.