TCP表面处理技术应用研究.pdfVIP

轴承技术 2013年第 1期 TCP表面处理技术应用研究 (球轴承厂) 赵 飞 张丹丹 李长杰 皇天鸣 摘 要：通过对 TCP表面化学处理的原理、工艺实现方法以及表面能谱分析化学成份的分析， 得出经过TCP处理后轴承在润滑特性、表面摩擦、磨损特性、疲劳寿命方面都有不同程度的改善， 从而达到延长轴承使用寿命的目的。 关键词：滚动轴承；零件；TCP表面化学处理 1 引言 TCP表面化学处理是通过 TCP溶液(磷酸 三甲酚脂)和轴承零件表面的化学反应，在轴 承工作面形成一层磷化铁薄膜达到表面改性 的作用。通过表面改性处理后，可以获得优良 的化学表面特性，使磷酸脂首先在金属表面吸 附，然后经过水解生成酸性磷酸脂，在金属表 面生成有机金属磷酸盐，最后，在轴承使用产 生压力的作用下进一步水解 ，生成无机亚磷酸 铁膜，起到极压抗磨作用，从而延长轴承使用 寿命。 2 TCP处理前零件预处理 1．1 零件清洗 由于TCP表面处理属于化学反应，对表面 清洁度有较高的要求，因此在清洗前要进行严 格的清洗，具体的清洗过程可以采用“三溶液 清洗法”。 钢球和套圈在甲苯中超声波清洗5分钟一 在甲苯中用画笔刷洗沟道，真空干燥l0分钟一 氟利昂中超声波清洗 5分钟一真空干燥 10分 钟一甲醇超声波清洗5分钟，真空干燥 1O分钟 一立即真空彻底干燥一清洗完毕。 2．2 零件清洗检验 清洗完的轴承一般还要进行表面湿润性 检验，来判断是否清洗干净。湿润性是指润滑 油与轴承表面的亲和能力，主要通过油滴在沟 道表面铺开的能力来检验清洗是否完全，是否 还有化学或物理污染(即检验表面化学性能是 否优良)，在规定的时间内油膜覆盖面积占整 个沟道面积的30％以上即为合格。 3 TCP表面处理工艺 3．1 TCP溶 液 TCP是磷酸三甲酚脂的英文缩写形式，属 于试剂型(即化学纯)，直接可以在厂家购买， 无需进行任何检验和过滤，可直接使用。 3．‘2 TCP处理 TCP处理工艺比较简单，只需将清洗干净 的轴承零件放在 TCP溶液中，置于干燥箱，加 热到 100oC一105c，保温 1O一15天即可。 4 TCP处理后表面化学成份分析 由于 TCP处理后形成的化学反应是纳米 级别的，所以TCP处理后样件表面与普通轴承 表面无任何差距，需要借助专业工具进行分 析，采用PHI 595SAM型俄歇能谱分析仪，电子 束电压3kV，电子束流0．2 A。氩离子枪溅射 速率为 l5纳米／分钟(SiO 为标样)。可以对 经TCP处理后的样件表面进行化学成分和厚 度分析，分析样件结果如图1、图2所示： 学兔兔 · 2· 轴承技术 2013年第 1期 一 ⋯ ～ 一 ～一r ～ 一 一 T---一 ⋯ — _『一 一 r ‘ C1 ： ．： ’ I ， ；i t i j 100 200 300 400 500 600 700 8oo 9aO 1000 neIic Ener~ leV) 图 1 样品表面成分分析 图2 样品深度分析曲线 根据样品表面分析曲线得出： 通过TCP处理，样品表面P含量0．6％；膜 厚：h=v．t=15nm／min X(1O—l2)min=150～ 180nm 5 TCP表面处理后试验结果 5．1 TCP处理后样件表面湿润性试验 样件采用按照标准的轴承零件热处理工 艺进行热处理，硬度 63～65HRC，表面粗糙度 Ra为0．08um。试验时用一个专用的夹具夹住 试样水平放置，在读数显微镜下，用直径约为 0．5mm的干净铂金丝在表面清洗干净的试样 表面上滴大约0．2mg的润滑油，在读数显微镜 _ 岫 ． 二= _I． ．： ． ： c一 ． _o2。 ．． c|J __| ．． 2 ∥ ． 10F“一 ， l 0 蛐 学兔兔 轴承技术 2013年第 1期 ·3· 下读出初始的油滴分布面积，然后在恒温、恒 湿的条件下静止 10h，再次利用读数显微镜读 出油滴分布面积，这样就可以算出油滴的扩散 比例，从而可以反映出油在表面的扩散速度， 扩散速度越快越好。 经过计算，同样条件下经过 TCP处理和未 经过TCP处理的样件的表面油的扩散比率提 高至少 150％，见表 1。 表 1 扩散比率对比表 试验样件 未处理 TCP处理 扩散比率／％ 20 50 5．2 TCP处理后样件表面摩擦特性试验 摩擦试验采用铁姆肯摩擦磨损试验机进 行，试块被切成一个长方体，压头采用一个内 径带有莫氏锥度的圆环，采用精密润滑油润 滑。经试验摩擦系数降低12％，见表2所示。 表2 摩擦对比试验 试验头转速 1000r／min，压力 16．7N，油润滑 摩擦副 摩擦系数 圆柱面一平面(未处理) 0．25(平均值) 圆柱面一平面(TCP处理) 0．22(平均