钻头及涡轮钻具轴承组件MoS2滑化处理研究

轴承组件是牙轮钻头、涡轮钻具最关键和最薄弱的环节，其主要的失效形式是胶合，亦即严重的粘着磨损。胶合的特征是轴承滑动面沿摩擦方向形成撕痕、刮擦、涂抹和粘焊。粘着磨损一开始可能是轻微的和局部的，如果引起胶合的因素未解除并继续恶化，则胶合将迅速扩展。

　　胶合开始发生在轴承组件摩擦面润滑油膜遭到破坏而形成金属直接接触的部位，摩擦面粘着区沿摩擦方向受到剪切而撕伤、咬焊甚至卡死，造成井下涡轮钻具或牙轮钻头彻底失效。胶合的条件首先是油膜破裂，然后才是两金属面的接触粘焊。
　　在苛刻严酷的工况条件下，受尺寸和结构的严格限制，牙轮钻头、涡轮钻具的轴承组件无法得到充分润滑，这是胶合初始发生和扩展的主要原因之一。现文拟对牙轮钻头、涡轮钻具轴承组件表面进行MoS2滑化处理，在轴承表面形成优异而特殊的滑化薄膜，在高速重载下发挥其优异的减摩及抑制胶合的功效。
　　1 滑化处理前试件的准备
　　试件采用牙轮钻头和涡轮钻具轴承组件常用的优质合金渗碳钢。
用优质合金渗碳钢制造的试件参照GB12444.1-90《金属摩擦磨损试验方法MM型试验机试样规范》。上、下试样滑化处理前进行渗碳渗硼处理，这是为了考察MoS2滑化处理对其他处理的影响，并使试件得到初始强化。上、下试件预备处理规程如下。
a)渗碳RJJ-75型井式炉，930℃，12h渗碳，入石棉箱自然冷却。渗碳层深1.5～2.0 mm，表层碳浓度0.90%～1.05%，表面硬度HRC59～62。
b)回火180～190℃，保温4h。
c)渗硼气氛炉内910℃，6h固体渗硼，渗硼层深0.08～0.10mm，渗硼组织为单相Fe2B。
d)淬火保护气氛炉中加热至820 ～830℃，保温2h，淬入90℃油中。
e)回火180℃，3h回火。
f)清理性喷砂。
　　2 MoS2滑化处理的依据
　　滑化处理是在轴承组件试件表面形成结合牢固，摩擦学性能优异的MoS2滑化膜，发挥减摩和抑制胶合发生的功效。MoS2滑化处理有其试验基础，也有其理论依据。
　　首先，对牙轮钻头滑动轴承及涡轮钻具止推轴承粘着磨损的研究表明，摩擦因数f、粘着摩擦总力F、载荷、速度、摩擦热温升与胶合是逻辑相关的；粘着摩擦力主要由摩擦表面凸峰变形阻力、磨损颗粒及硬质点压碾犁削力、凸峰粘焊亲合力及滑动表面的粘着剪切力组成［1］。