膠合開始發(fā)生在軸承組件摩擦面潤(rùn)滑油膜遭到破壞而形成金屬直接接觸的部位茶窍，摩擦面粘著區(qū)沿摩擦方向受到剪切而撕傷穿侵、咬焊甚至卡死，造成井下渦輪鉆具或牙輪鉆頭徹底失效扫帝。膠合的條件首先是油膜破裂夹恨，然后才是兩金屬面的接觸粘焊。

在苛刻嚴(yán)酷的工況條件下敏卦，受尺寸和結(jié)構(gòu)的嚴(yán)格限制，牙輪鉆頭枚林、渦輪鉆具的軸承組件無(wú)法得到充分潤(rùn)滑米鹏，這是膠合初始發(fā)生和擴(kuò)展的主要原因之一。現(xiàn)文擬對(duì)牙輪鉆頭郭菜、渦輪鉆具軸承組件表面進(jìn)行MoS2滑化處理栗哥，在軸承表面形成優(yōu)異而特殊的滑化薄膜，在高速重載下發(fā)揮其優(yōu)異的減摩及抑制膠合的功效勘伺。

1 滑化處理前試件的準(zhǔn)備

試件采用牙輪鉆頭和渦輪鉆具軸承組件常用的優(yōu)質(zhì)合金滲碳鋼跪腹，其化學(xué)成分見表1褂删。

表1試件及化學(xué)成分%

用優(yōu)質(zhì)合金滲碳鋼制造的試件參照GB12444.1-90《金屬摩擦磨損試驗(yàn)方法MM型試驗(yàn)機(jī)試樣規(guī)范》。上冲茸、下試樣滑化處理前進(jìn)行滲碳滲硼處理屯阀，這是為了考察MoS2滑化處理對(duì)其他處理的影響，并使試件得到初始強(qiáng)化轴术。上难衰、下試件預(yù)備處理規(guī)程如下。

a)滲碳RJJ-75型井式爐逗栽，930℃盖袭，12h滲碳，入石棉箱自然冷卻彼宠。滲碳層深1.5～2.0 mm鳄虱，表層碳濃度0.90%～1.05%，表面硬度HRC59～62凭峡。
b)回火180～190℃拙已，保溫4h。
c)滲硼氣氛爐內(nèi)910℃萝轰，6h固體滲硼推吼，滲硼層深0.08～0.10mm，滲硼組織為單相Fe2B疹咕。
d)淬火保護(hù)氣氛爐中加熱至820 ～830℃贮殊，保溫2h，淬入90℃油中铲恃。
e)回火180℃夫咏，3h回火。
f)清理性噴砂四雏。

2 MoS2滑化處理的依據(jù)

滑化處理是在軸承組件試件表面形成結(jié)合牢固勿见，摩擦學(xué)性能優(yōu)異的MoS2滑化膜，發(fā)揮減摩和抑制膠合發(fā)生的功效百擒。MoS2滑化處理有其試驗(yàn)基礎(chǔ)资村，也有其理論依據(jù)。

首先仍桌，對(duì)牙輪鉆頭滑動(dòng)軸承及渦輪鉆具止推軸承粘著磨損的研究表明为猩，摩擦因數(shù)f、粘著摩擦總力F忱叭、載荷隔崎、速度、摩擦熱溫升與膠合是邏輯相關(guān)的；粘著摩擦力主要由摩擦表面凸峰變形阻力爵卒、磨損顆粒及硬質(zhì)點(diǎn)壓碾犁削力虚缎、凸峰粘焊親合力及滑動(dòng)表面的粘著剪切力組成［1］。

F=Aτ钓株，(1)

式中实牡，A為實(shí)際接觸面積；F為粘著摩擦總力享幽；τ為粘著點(diǎn)的總剪應(yīng)力铲掐。

粘著凸峰的形變?yōu)樗苄宰冃危谑怯校?

A=F′/σm值桩，（2）

式中摆霉，F(xiàn)′為載荷；σm為材料的塑性流變應(yīng)力奔坟。

而摩擦因數(shù)f=F/F′携栋。結(jié)合式(1)和式(2)有f=τ/σm≠撕担可見船庐，材料的抗剪切強(qiáng)度愈低，抗壓強(qiáng)度愈高地捂，則摩擦因數(shù)愈小羽捻。這也是近年牙輪鉆頭軸承材料由軟向硬過(guò)渡的依據(jù)，如硬質(zhì)合金材料的應(yīng)用［2］滤重，鋼結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的應(yīng)用［5］酣疏，H13鋼的應(yīng)用［3］。

MoS2的抗壓強(qiáng)度與合金鋼接近鲫庆，而抗剪強(qiáng)度卻低得多诬曙，所以MoS2滑化膜的摩擦因數(shù)極小。

MoS2的減摩與其內(nèi)在結(jié)構(gòu)聯(lián)系密切掏榜。MoS2晶體結(jié)構(gòu)和石墨一樣霹孙。屬六方晶系鱗片狀晶體，如圖1所示络兜，為層狀結(jié)構(gòu)辐赞，每個(gè)MoS2分子層又分為3個(gè)原子層，中間是Mo原子層硝训，上下是S原子層响委，每個(gè)Mo原子被6個(gè)S原子包圍，只有S原子暴露在分子層的表面捎迫，每個(gè)分子層的厚度為6.26。

圖1MoS2結(jié)構(gòu)情況

由于Mo原子與S原子結(jié)合力強(qiáng)表牢，而S原子之間相互結(jié)合力弱窄绒。故MoS2分子層之間產(chǎn)生一個(gè)剪切力平面贝次，當(dāng)分子之間受到切應(yīng)力時(shí)，沿分子層很容易產(chǎn)生斷裂彰导，形成滑移面蛔翅，如圖2所示。每微米的MoS2滑化膜存在1 660個(gè)分子層位谋。這些眾多的滑移面使得金屬表面的直接摩擦運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為MoS2分子層之間的相對(duì)滑動(dòng)山析，層序減緩了摩擦剪切力，降低了摩擦因數(shù)掏父，抑制了膠合羽嘉，減輕了磨損。其功能類似于動(dòng)物關(guān)節(jié)接合處的骨頭膜的軟組織鹏亥，故稱做MoS2滑化處理反腺。

圖2MoS2滑化膜受剪切時(shí)產(chǎn)生的層滑移

研究表明，MoS2和軸承試件之間不是化學(xué)結(jié)合脾飘，而是機(jī)械錨固締合聊浊。在分子層相對(duì)滑移和摩擦過(guò)程中，MoS2能自動(dòng)被離析而擠入對(duì)磨表面的凹坑短连。又因S原子與金屬有較強(qiáng)的親合力斩缘，故可使MoS2與金屬表面產(chǎn)生較強(qiáng)的吸附作用。在潤(rùn)滑條件下根术，摩擦因數(shù)會(huì)更低泳隶。

MoS2潤(rùn)滑膜可耐pmax為35 MPa的極限壓力和vmax為40 m/s的極限速度［4］，表現(xiàn)出極高的pv值和較好的高速重載性蜘傻。

MoS2在室溫至350 ℃區(qū)間绷咳，物理、化學(xué)及摩擦學(xué)特征很穩(wěn)定琅翻，400 ℃時(shí)開始氧化位仁，溫度更高時(shí)性能才開始惡化。而牙輪鉆頭方椎、渦輪鉆具軸承工作溫度遠(yuǎn)低于350 ℃聂抢，故處于良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。

3 MoS2滑化處理

MoS2滑化處理的工藝流程為去油清洗→敷MoS2→烘干→清洗→浸漬棠众。目前較成熟的滑化處理工藝有噴涂法琳疏、水煮法和刷涂法3種。

3.1噴涂法

80g的MoS2粉末闸拿，7g石墨粉末空盼，50g水玻璃和60mL水配成滑化液，用噴槍噴至經(jīng)噴砂及清洗的試件表面，噴厚0.3mm揽趾。入箱烘干2h台汇，然后升溫至140℃烘烤2h。出爐后再清洗并浸入CS2液中篱瞎。得到藍(lán)色光澤的MoS2滑化膜苟呐，即完成噴涂滑化處理。

3.2水煮法

取100g的MoS2粉末遥局，紗布包裹付箩，置于瓷制煮皿，加水400mL莽烫，將試件浸入其中瞭谴。加熱至95～100℃，1h魄蔗，清洗后浸入CS2液中寒肋，并在熱氣氛中干燥，即完成水煮法滑化處理肆洽。

3.3刷涂法

將MoS2粉末用丙酮調(diào)成糊狀易麻，用毛刷涂在試件表面，刷厚1.5 mm社咒，晾干刷去疏松層秽祷，入箱115 ℃，1h烘干位俩，清洗后入CS2液中矗寂，即完成刷涂滑化處理。

4 滑化膜性能測(cè)試

4.1滑化膜厚度測(cè)定及分析

試件經(jīng)不同滑化處理方法處理后勇蝙，用磁阻法測(cè)定滑化膜厚度沫勿，其結(jié)果列于表2

表2不同材料不同工藝滑化處理的膜厚μm

由表2可知，刷涂滑化處理可得到較厚的MoS2滑化膜味混，對(duì)試件W18Cr4V滑化膜測(cè)試及分析表明产雹，試件成膜的厚度和材料中W、Cr翁锡、Ni蔓挖、V等合金元素的含量有關(guān)。這是因?yàn)檫@些合金元素的電負(fù)性均小于鐵馆衔，與硫原子之間有更強(qiáng)的親合力瘟判。

4.2硬度測(cè)試及分析

用維氏顯微硬度儀測(cè)試經(jīng)MoS2滑化處理后試件的表面硬度，測(cè)定結(jié)果與滑化處理前的硬度值無(wú)差異角溃。這是因?yàn)?～4 μm厚的滑化膜不至于影響試件預(yù)處理所獲得的硬度值拷获±撼牛滑化處理對(duì)其他處理方法無(wú)排它性。然而匆瓜，正是那極薄的MoS2滑化膜锯忱，乃是一層性能優(yōu)良的固體潤(rùn)滑膜，具有優(yōu)異的減摩抗粘功能健吃。

4.3MM-200型磨損機(jī)試驗(yàn)結(jié)果

以不同材料，經(jīng)不同工藝處理的上锨圣、下試件裝于MM-200型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)陕绢，20號(hào)機(jī)油點(diǎn)滴潤(rùn)滑。試驗(yàn)結(jié)果見表3骗采〈尘荆可見，經(jīng)MoS2滑化處理的試件表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能词趾。經(jīng)MoS2滑化處理的試件避某，在Falex試驗(yàn)機(jī)和Amsler試驗(yàn)機(jī)上同樣表現(xiàn)出優(yōu)良的減摩性和抗膠合性。

作者簡(jiǎn)介：賈文杰（1969-）妓柜，男箱季，陜西韓城人棕健，塔西南勘控開發(fā)公司助理工程師，從事石油鉆采機(jī)械失效分析及其對(duì)策研究雳雄。
作者單位：賈文杰鄭權(quán)方：塔西南勘探開發(fā)公司 安全環(huán)保部秕肚，新疆 澤普 844804；
李慶梅：西安石油學(xué)院 機(jī)械系匙久，陜西 西安 710065

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)袭吗，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)趾马，也不構(gòu)成任何其他建議苏昨。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布、編輯整理上傳毁察，對(duì)此類作品本站僅提供交流平臺(tái)赘湾，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻尚染、圖片律逼、文字如涉及作品版權(quán)問(wèn)題，請(qǐng)第一時(shí)間告知逗柴，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容蛹头，以保證您的權(quán)益！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn戏溺。