某机用自润滑关节轴承使用390 h后，轴承内圈球面磨损失效。内圈球面一端陶瓷层脱落，露出金属基体，如图1所示。该轴承在使用过程中主要承受拉、压载荷的作用，实现3自由度的运动。自润滑关节轴承由内、外圈及自润滑衬垫组成。内圈材料为PH13-8Mo沉淀硬化型不锈钢，硬度要求为43～47 HRC。内圈球面由镍铬合金过渡层和陶瓷涂层组成，涂层厚度为0.2～0.25 mm，外圈使用05Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化型不锈钢，硬度要求为28～37 HRC。为查明该自润滑关节轴承磨损失效的源因，笔者对其进行了多种理化检验和分析，并提出了相应的改进建议。

(2)人才流动性大。独立学院引进的自有教师一般属于合同聘任制，使得教师在编制、晋升、福利待遇等方面与公办学校教师有较大的落差，导致教师的归属感及主人翁意识普遍不高，人才的流动性较大。较高的人员流动性，给独立学院的师资管理增加了新的挑战和不确定性因素。同时，由于面师资队伍的不稳定，对于独立学院而言，在申报重大科研项目方面缺少重量级学科带头人和强大的团队支撑，也意味着教学科研力量的不足，限制了独立学院的进一步发展。

  

图1 自润滑关节轴承宏观形貌Fig.1 Macro morphology of theself-lubricating spherical plain bearing

1 理化检验

1.1 宏观分析

  

图2 轴承内、外圈磨损宏观形貌Fig.2 Macro morphology of worn bearing inner and outer ring:a) inner ring; b) outer ring

图2为磨损失效轴承宏观形貌，可见关节轴承一端球面磨损较严重，已露出金属基体。在轴承内、外圈之间为一层芳纶-聚四氟乙烯纤维织物衬垫，失效轴承的内圈仍可在外圈内随意转动。且内圈磨损球面对应的外圈滑动表面的衬垫已磨损，露出金属基体。磨损均在球面的一端，而另一端球面与衬垫均完好。从球面360°圆周方向观察发现，在球面340°范围内均有磨损。

我从来没有看到过李小树对一个女人表现出如此浓烈的兴趣，尤其是对画稿上一个素未谋面的女人。李小树似乎察觉到我在注意着他，他有意无意地咳了两声嗽，便伺机把那瓶马爹利酒攥到胸前。我看到他手背上的青筋开始还隐藏在他手皮子底下，等他的手逐渐用劲，那些青筋就陆续地从皮下蹦出来，像一条条贴在他手背上时不时涌动着的蚯蚓。

1.2 化学成分分析

分别采用QSN750-Ⅱ直读光谱仪、EMIA-220V2碳硫分析仪和TC-436氧氮分析仪在失效轴承内圈磨损区域附近取样进行化学成分分析，结果见表1。可见各元素含量均符合GB/T 11170-2008，GB/T 20123-2006，GB/T 20124-2006对PH13-8Mo不锈钢成分的技术要求。

图5为球面涂层截面微观形貌。可见轴承内圈经磨损后，涂层结构已发生变化，界面显微结构有3种情况：①界面显微结构由基体+过渡层+陶瓷涂层组成，涂层的平均厚度为227 μm，如图5a)所示；②界面显微结构由基体+过渡层组成，涂层平均厚度为72 μm，如图5b)所示；③界面显微结构为金属基体，过渡层和陶瓷涂层全部脱落，如图5c)所示。

 

表1 磨损轴承内圈的化学成分(质量分数)Tab.1 Chemical compositions of the worn bearing inner ring(mass fraction) %

  

项目CSiMnCrNiMoAl实测值0．030．030．0212．348．212．270．96标准值≤0．05≤0．10≤0．1012．25～13．257．50～8．502．00～2．500．90～1．35

1.3 扫描电镜分析

从失效轴承的内、外圈宏观形貌可以看出，在轴承的严重磨损区域，对应的外圈黏贴衬垫已磨穿。由于严重磨损区域较为集中，位于轴承一端，可以判断该区域为轴承主要承载区域，受力较为集中。与其他非主要承载区域的衬垫保持完好形成鲜明对比，可以判断该轴承磨损是从严重磨损区域的中心区域向外扩散。采用ZEISS EVO18扫描电镜对球面磨损区域进行能谱(EDS)分析。图6为轴承外圈内球面磨损区能谱图，可见在磨损区域存在大量铝和氧元素，铝的质量分数高达21.73%。表明内圈球面氧化铝陶瓷涂层磨损脱落后黏结在外圈内球面，脱落陶瓷掉落在摩擦副中，会导致摩擦因数增大，加速衬垫的磨损。

(1) 从衬垫先磨损失效来分析，由球面磨损形貌可知轴承单边受力较严重，导致轴承一端磨损较严重，在该处受力集中，超出衬垫的正常使用工况，导致该轴承中的衬垫快速损耗，衬垫磨穿后，使内圈陶瓷涂层和外圈金属基体接触，发生对磨，从而破坏了内圈陶瓷涂层，发生钢-钢对磨。

  

图3 球面A区宏微观磨损形貌Fig.3 Macro and micro morphology of worn spherical surface A area: a) macro morphology

图4为球面B区宏微观磨损形貌。观察B区球面磨损形貌发现，在该区域球面已明显碾压、磨损，且随着受力程度的不同，球面陶瓷涂层磨损程度也不同。经比较发现，B区陶瓷涂层脱落方式与A区的明显不同，B区陶瓷涂层厚度有逐渐减薄现象，球面存在明显碾压、磨损痕迹，并且部分球面已露出金属基体[1-2]。

  

图4 球面B区宏微观磨损形貌Fig.4 Macro and micro morphology of worn spherical surface B area: a) macro morphology

科学大洋钻探还显示，海洋沉积物中的细胞数量与海洋或土壤中的细胞数量大致相同。探险队不仅在8 000英尺深的沉积物中发现了生命，还在拥有8 600万年历史的沉积物和温度超过60摄氏度的沉积物中发现了生命。

  

图5 球面涂层截面微观形貌Fig.5 Micro morphology of sectional spherical coating:a) matrix+transition layer+ceramic coating; b) matrix+transition layer; c) matrix

  

图6 轴承外圈内球面磨损区能谱分析结果Fig.6 Energy spectrum analysis results of worn area of inner sphere surface of the bearing outer ring:a) SEM morphology; b) EDS spectrum

1.4 能谱分析

采用ZEISS EVO18扫描电镜(SEM)对轴承内圈球面磨损区域进行微观形貌观察。根据宏观观察发现，轴承内圈球面陶瓷脱落方式有两种。为便于说明将陶瓷涂层两种脱落方式的区域分别命名为A区，B区。

2 分析与讨论

(3) 在轴承使用过程中，可能有外来异物进入摩擦副中，使磨损因数增大，加速轴承的磨损。

图3为球面A区宏微观磨损形貌。在A区(靠近端面)发现有整块陶瓷脱落现象，放大该区观察球面表面形貌，发现球面没有磨损、碾压痕迹，而是喷砂后留下的表面凹坑，因此可推断轴承内圈在使用过程中受到交变载荷的作用时，由于该区陶瓷涂层与基体的界面结合力较差，陶瓷涂层整块脱落。

(2) 从陶瓷涂层先磨损失效来分析，宏观观察可见陶瓷涂层有两种脱落形式，一是在摩擦过程中陶瓷涂层逐渐减薄，最终露出金属基体；二是陶瓷涂层结合较差，整块剥落，这种现象主要集中在轴承靠近端面区域。该失效轴承发生严重磨损的区域正好位于内圈陶瓷涂层和金属基体交界处，该处陶瓷涂层和金属基体黏结相对薄弱，易于剥落。该轴承在实际工况中，当内圈陶瓷涂层和金属基体交界处受单一方向载荷较大时，陶瓷涂层脱落，导致内圈金属基体和衬垫发生对磨，进而导致衬垫磨损加速，最终发生钢-钢对磨。

根据上述分析可知，轴承表面磨损失效主要是由于轴承受单边力作用较大，超出轴承正常使用工况，导致轴承摩擦副磨损加速，造成轴承磨损失效。从轴承磨损失效情况来看，球面陶瓷涂层和衬垫均有磨损，露出金属基体。对于自润滑关节轴承磨损失效可以从以下3个方面来分析[3-6]。

根据用户提供的试验载荷谱可知，失效轴承在试验过程中不受轴向力的作用。但从轴承磨损情况来看，轴承在受径向力的同时，也受轴向力的作用。此外，从结构设计来分析，轴承在工况下使用也可能受轴向力的作用。因此，该轴承的试验条件与使用工况不符，需要对试验条件进行进一步地调整。

3 结论及建议

该自润滑关节轴承单边受力较大，轴承单侧磨损较为严重，受力较集中，已超出正常使用工况，导致内圈球面陶瓷涂层与外圈内球面衬垫快速磨损；失效轴承靠近端面处陶瓷涂层有整块脱落现象，表明靠近端面处陶瓷涂层结合力较差，最终导致了该自润滑关节轴承的磨损失效。

水利工程中堤坝是其重要的组成部分，其具有种类多，施工工艺较繁琐的特点，特别是较易形成渗漏，对堤坝的渗漏原因进行深入分析，在此同时，结合堤坝渗漏情况，选择最为适合的防治加固技术对其进行有效处理，保证堤坝防渗加固技术的应用效果。

建议改进衬垫，选择适用于该工况条件下的衬垫，并改进喷涂陶瓷工艺，保证结合力的一致性，防止靠近轴承端面处陶瓷涂层脱落。

参考文献：

[1] 安家财,杜三明,肖宏滨,等.等离子喷涂40%ZrO2-Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层及其摩擦磨损性能研究[J]. 表面技术,2011,40(2):4-7.

[2] 崔晓宇,王成彪,康嘉杰,等. 热喷涂金属陶瓷涂层复合磨损失效机制[J]. 材料导报,2016,30(15):75-79.

[3] 许中林,李国禄,董天顺,等. 等离子喷涂层磨损/接触疲劳失效行为研究现状[J]. 表面技术,2014,43(2):126-133.

[4] 王海斗,张志强,李国禄,等. 等离子喷涂层接触疲劳失效模式及失效机理的研究[J]. 摩擦学学报,2012,32(3):251-257.

[5] 朴钟宇,徐滨士,王海斗. 等离子喷涂铁基涂层的疲劳磨损裂纹行为[J]. 摩擦学学报,2011,31(1):56-60.

[6] 胡仁松. 刚柔球面接触副关节轴承的磨损失效机理研究[D]. 洛阳:河南科技大学,2015.