醫用真空高速軸承磨損失效分析

萬善宏，陳佳林,2，于興智，易戈文，王軍陽，王顯靜，張學軍

（1.中國科學院蘭州化學物理研究所 固體潤滑國家重點實驗室，蘭州 730000；2.蘭州理工大學 材料科學與工程學院，蘭州 730050；3.中電科真空電子科技有限公司 中國電子科技集團公司第十二研究所，北京 100048）

旋轉陽極X 射線管是醫用真空器件的“心臟”組件[1]，高精密高速軸承是旋轉陽極X 射線管的核心動力部件。軸承部件服役工況非常苛刻，涉及到高溫（冷端250 ℃，熱端450～550 ℃）、重載（≥3 200 N/mm2）、高速（3 000～12 000 r/min）、高真空（10–8～10–4Pa）和載流等多場強耦合環境。常規油或油脂潤滑耐溫性差，難以適應旋轉陽極X 射線管高溫工況。常規固體自潤滑材料（石墨、MoS2等）雖能提升軸承部件表面耐磨損能力，石墨和MoS2容易起塵，引起陽極轉動阻力增加、X 射線管陽極的靜轉時間變短、軸承組件摩擦噪聲增大等問題[1]。

軸承主要是用來支撐機械旋轉的構件，而構件間接觸呈動態變化，使得運動過程中軸承部件間的摩擦與磨損無法避免[2-3]。旋轉陽極轉子高速旋轉時，回轉構件產生的慣性力將增加摩擦力，會加快軸承磨損，產生振動和摩擦噪聲，進而降低構件回轉精度。在常規工況下，軸承失效形式主要有接觸疲勞失效、摩擦磨損失效、斷裂失效、變形失效及腐蝕失效等幾種[4-5]。軸承的損傷失效與軸承部件表面潤滑材料的選擇密切相關。因此，真空環境軸承部件表面潤滑材料須具備良好的摩擦學性能，能夠適應高真空、高溫、高速和載流等多場強耦合工況。特別是高溫下金屬材料可以軟化甚至熔化，具有非常低的蒸氣壓（不易破壞高真空），可以在軸承部件表面形成具有防護功效的潤滑膜，抑制磨損和提高軸承運轉壽命和可靠性[6]。相對于常規液體和固體潤滑材料，可以預見金屬基潤滑材料更適用于醫用高速軸承部件高溫高真空和載流服役工況。

目前國內醫療影像CT 裝備用高速軸承產品技術尚未解決，特別是高真空、高溫、高速、重載及載流等多場耦合工況用精密軸承大部分依賴于進口，依然受制于國外知名軸承廠家，屬于制造基礎技術與關鍵部件的“卡脖子”技術。我國精密軸承仍存在使用壽命短和可靠性低等問題，難以滿足高速旋轉陽極X射線管產品及整機可靠性發展需求，開展醫用真空精密軸承的潤滑科學及技術系統研究非常有必要。

本文主要對某醫療設備用2 種進口旋轉陽極X射線管的軸承組件（滾動體和軸承內外圈滾道）表面進行磨損失效分析。采用光學顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）及其能譜（EDS）對軸承組件表面磨損形態及其化學組分進行表征，揭示軸承部件摩擦磨損失效形式和確定極端苛刻工況條件下的真空潤滑材料。該研究工作將為加深對高真空精密軸承的磨損失效機理認識、豐富和完善多場耦合苛刻工況精密軸承潤滑材料的研發提供關鍵支撐性基礎數據。

1 試驗

1.1 旋轉陽極X 射線管軸承組件介紹

本研究主要對使用后2 種進口醫用旋轉陽極X射線管（圖1a）里面的軸承部件表面進行分析（圖1b）：熱端和冷端。軸承部件結構示意圖如圖1c 所示，A-軸承組件主要由緊密配合的內滾道與轉動軸、外滾道與軸承座2 組摩擦系統構成；B-軸承部件內滾道與轉動軸集成在一起，滾動體被限制在外滾道和轉動軸之間。

圖1 旋轉陽極X 射線管（a），旋轉陽極X 射線管用軸承（b），軸承內外滾道和滾動體（c）Fig. 1 Rotating anode X-ray tube (a), bearings components in the rotating anode X-ray tube (b), schematic of inner and outer bearing raceways and rolling bodies in bearing (c)

1.2 軸承部件失效分析

為了更好地檢測2 種軸承部件的化學成分、金相組織、軸承內外滾道和滾動體表面磨損形態以及潤滑材料，對軸承內外滾道均進行線切割截取橫斷面試樣，經鑲嵌、粗磨、細磨以及拋光。采用德國蔡司公司Axiocam 105 color 光學顯微鏡對軸承組件的金相組織、磨損表面形貌進行觀察。采用捷克TESCAN MIRA3 場發射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）和X 射線能譜儀（EDS）觀察軸承內外圈、滾動體和轉動軸表面形態，確定軸承組件化學成分及磨損表面潤滑介質。采用美國FEI 公司TECNAIG2TF20 場發射透射電子顯微鏡（TEM）和能譜儀（EDS），分析軸承組件內收集到的磨屑微觀形貌及其化學組成。

2 結果與分析

2.1 軸承部件金相組織及其成分分析

圖2 為軸承部件金相顯微組織。冷、熱端滾動體的微觀組織均為馬氏體+殘余奧氏體+碳化物析出相，碳化物析出相呈顆粒狀、塊狀及鏈狀（圖2a 和圖2b）。冷端軸承內外滾道的微觀組織均為鐵素體，細小共晶碳化物和二次碳化物均勻彌散分布在鐵素體晶界（圖2c），與不銹鋼2Cr13 金相組織一致。熱端軸承內外滾道的金相組織相同，熱端內外滾道的微觀組織主要為奧氏體+碳化物析出相，碳化物析出相呈顆粒狀、塊狀及鏈狀（圖2d）。與冷端軸承部件微觀組織相比，熱端軸承組件的晶粒尺寸明顯小于冷端軸承組件。與滾動體和熱端軸承內外滾道的金相組織相比，軸承主軸的微觀組織仍為馬氏體+殘余奧氏體+碳化物析出相，碳化物析出相呈顆粒狀、塊狀及鏈狀（圖2e）。由于X 射線管旋轉陽極兩端軸承部件的服役溫度差別較大，兩端軸承部件（內外滾道）所用鋼材質有所差別，特別是軸承滾動體、熱端軸承內外滾道和主軸金相組織與高速鋼M50 一致。根據NSK 技術報告，SKH4 或M50 高速鋼可以抵抗450 ℃高溫，適合作為旋轉陽極X 射線管的熱端軸承材料；旋轉陽極X 射線管冷端軸承部件的服役溫度不超過200 ℃，可以采用馬氏體不銹鋼SUS440C[7]。

圖2 軸承部件的金相顯微組織Fig.2 Metallographic observation of bearing components: rolling element at cold end (a)and at hot end (b); rolling track at cold end (c) and at hot end (d); bearing spindle (e)

圖3 為典型軸承滾道的微觀組織及其化學組成。軸承冷端內外滾道的微觀組織均為鐵素體（圖3a 和圖3b），碳化物顆粒彌散分布在鐵素體內（圖3b 和圖3c）。熱端內外滾道的微觀組織主要為馬氏體和奧氏體組織（圖3d 和圖3e），碳化物呈顆粒狀、塊狀及鏈狀，碳化物主要是碳化鉬、碳化鎢、碳化鈷與碳化鈮等（圖3f）。

圖3 軸承部件冷端滾道的微觀組織及化學組成分析（a—c），軸承部件熱端滾道的微觀組織及化學組成分析（d—f）Fig.3 Metallographic and composition analysis of representative bearing components at the cold end (a, b, c) and at the hot end (d, e, f)

2.2 冷端軸承部件磨損形貌分析

圖4 是A-軸承冷端外滾道磨損和未磨損區域的表面形貌。A-軸承外滾道未磨損區域被熔滴狀顆粒覆蓋（圖4a），熔滴顆粒粒徑分布范圍較寬（2～25 μm）（圖4b）。圖4c 和圖4d 為A-軸承冷端外滾道磨損區域表面形貌。外滾道磨損表面潤滑膜有明顯刮擦和局部剝落痕跡（圖4c），導致磨損表面裸露出鋼質基體（圖4d）。根據EDS 分析，軸承外滾道未磨損區域熔滴顆粒主要是軟金屬Pb（表1）。對冷端A-軸承外滾道磨損區域（圖4d）進行EDS 分析，發現Fe、Cr、V 和Co 等元素主要來源于A-軸承冷端外滾道本體材料-馬氏體不銹鋼SUS440C，還檢測出Pb 和Cu 元素（表2）。其中，Pb 和Cu 原子含量比為14∶1～15∶1。

表1 圖4a 區域的元素含量Tab.1 Element content in the area of fig.4a

圖4 冷端A-軸承外滾道磨損表面SEM 形貌Fig.4 SEM images of the worn surface of the outer ring raceway at the cold end of the A-bearing system

圖5 為A-軸承冷端內滾道磨損形貌。軸承內滾道磨損區域有2 個特征：⑴軸承內滾道潤滑劑較少的磨損區域有劃痕和擦傷（圖5a）；⑵軸承內滾道被潤滑劑覆蓋區域，潤滑膜較連續，磨損表面較平整（圖5b），主要與交變載荷下軸承部件的磨粒磨損和接觸疲勞相關[8]。軸承內滾道未磨損區域并未發現熔滴狀潤滑劑顆粒，結合軸承內滾道磨損表面形態可以推測出，軸承內滾道潤滑材料主要來自軸承外滾道固體潤滑材料的摩擦轉移，在熱應力和擠壓力作用下，在摩擦過程中形成固體轉移膜（圖5b），利于降低摩擦和抑制磨損。根據軸承冷端內滾道磨損表面EDS 分析結果，進一步確定固體潤滑材料主要由Pb 和Cu組成（圖5c 和圖5d），其中Pb 和Cu 原子含量比為14∶1 左右（表3），與軸承外滾道磨損表面潤滑膜化學組分一致（表2）。Pb 和Cu 均屬于質軟易變形的潤滑劑材料，具有低摩擦因數和低剪切強度，在摩擦過程中容易產生晶間滑移，從而實現減摩抗磨效果[9]。

表2 圖4d 區域對應EDS 分析Tab.2 Element content in the area of fig.4d

圖5 A-軸承冷端內滾道磨損表面形貌（a，b）和磨損區域Pb 和Cu 元素分布（c，d）Fig.5 Worn surface morphology of the inner raceway of A-bearing at cold end (a, b) and the elemental distribution images of Pb and Cu (c, d) collected from the worn surface in fig.5b

表3 圖5b 中元素含量Tab.3 Element content collected from fig.5b

圖6 是A-軸承冷端滾動體磨損形貌。A-軸承冷端滾動體表面可觀察到明顯劃痕（圖6a），在滾動體表面有黏附顆粒（圖6b），磨損機理主要為磨粒磨損。圖6c 是A-軸承冷端滾動體磨損表面EDS 分析區域，相應元素含量如表4 所示。軸承滾動體基體材料主要由Fe、V、Cr 組成，與SKH4 或M50 高速鋼相近（表4）。軸承滾動體表面有金屬鉛潤滑膜（圖6c），相應EDS 分布圖證實了Pb 潤滑材料的存在（圖6d）。Pb 主要來源于摩擦過程中軸承外滾道固體潤滑材料轉移，可以有效防止滾動體表面與滾道直接接觸和抑制硬質顆粒切削，利于緩解軸承疲勞磨損。

圖6 A-軸承冷端滾動體磨損表面形貌（a—c）及Pb 元素分布（d）Fig.6 Worn surface morphology (a, b, c) and corresponding Pb element mapping (d) of the rolling ball at cold end of A- bearing system

表4 圖6c 磨損區域內元素含量Tab.4 Element content collected from the worn area in fig.6c

圖7 是B-軸承冷端內滾道磨損表面形貌，沿著軸承轉動方向有明顯的、深淺不一的犁溝，局部有材料剝落現象，磨損機理主要表現為磨粒磨損和疲勞磨損（圖7a 和圖7b）。B-軸承冷端內滾道表面承載區有顆粒狀壓痕和機械性劃傷，主要與外來硬質顆粒有關。如圖7b 所示，B-軸承內滾道局部存在材料轉移，可以抑制配副微凸體對內滾道表面的嵌入和劃傷。在軸承組件滾滑復合運動模式下，滾道與滾動體間的材料轉移會發生局部聚集，引起摩擦界面運動不穩定，造成接觸界面間應力集中，加劇軸承部件的疲勞損傷和縮減軸承滾動接觸疲勞壽命。

圖7 B-軸承冷端內滾道磨損形貌Fig.7 Worn surface morphology within the inner raceway of B-bearing at cold end

圖8a 和圖8b 是B-軸承冷端滾動體磨損表面形貌。滾動體表面有明顯劃傷和局部材料剝落，磨損機制為磨料磨損和疲勞磨損（圖8a）。滾動體表面有麻點和掉塊存在，這一現象除了與滾動接觸疲勞有關，還和旋轉陽極X 射線管的載流工況有關（圖8b）。采用SEM 進一步觀測B-軸承冷端滾動體表面形態，除了劃痕外，還可觀測到磨屑顆粒吸附在磨損表面（圖8c），滾動體磨損表面有片狀轉移材料（圖8c），通過EDS 分析證實了滾動體表面棋盤狀顆粒主要由銅和鉛組成[10]。在摩擦過程熱-力耦合作用下，軟質鉛基潤滑涂層會發生轉移和黏附在摩擦配副表面，而摩擦配副表面出現不同程度的劃痕，主要是與軸承旋轉過程中硬質材料脫落產生的磨粒磨損有關。

本研究中2 種軸承部件均涉及到載流工況，即電流在軸承內外滾道和滾動體之間完成傳輸[11]，滾動體和滾道接觸區存在微小間隙，會發生放電。軸承高速運轉時，在離心力作用下滾動體和內外滾道間接觸角變小，動態電阻加大，相應電流密度會將大幅度增加，很容易在滾動體與滾道局部接觸區發生瞬時放電現象，其作用類似于電火花，在摩擦表面燒蝕成坑狀[12]。這就很好地解釋了滾動體表面出現電蝕坑現象（圖8b）。MoS2和金屬類材料具有良好的導電性，可以作為軸承部件的潤滑劑[13-14]。

圖8 B-軸承冷端滾動體磨損表面形貌的光學照片（a，b）和SEM 觀測（c，d）Fig. 8 Worn surface morphology of the rolling element of B-bearing system at cold end:Optical imaging (a, b) and SEM observation (c, d)

采用TEM/EDS 對B-軸承組件中收集到的磨屑進行形貌和化學組分分析，磨損顆粒的粒徑分布范圍寬（0.01～10 μm），呈團聚態（圖9a 和圖9b）。根據EDS分析可以確定磨屑的化學成分主要為Mo 和S，主要來源于軸承部件固體潤滑劑。Cu 是來自TEM 分析用的銅網，Fe 主要來源于軸承部件基體材料（圖9c）。根據文獻報道，MoS2作為固體潤滑劑已廣泛應用于航空航天等關鍵動力部件表面，具有良好的真空摩擦學行為，可有效提供潤滑效果和抑制軸承磨損[15-17]。盡管真空環境下MoS2具有極低的摩擦因數和磨損率，根據本研究醫用軸承部件磨損失效分析，MoS2難于適應醫用軸承高低溫交變工況，容易起塵，引起醫用軸承運轉噪聲增加，影響服役壽命。

圖9 B-軸承組件內收集的磨屑TEM 分析（a，b）和EDS 能譜分析（c）Fig.9 Morphology of wear debris collected within the B-bearing system (a, b) and corresponding EDS analysis (c)

2.3 熱端軸承部件磨損形貌分析

圖10 是A-軸承熱端內滾道磨損形貌。A-軸承內滾道磨損表面除了輕微劃傷外，滾道表面布滿了尺寸不一的麻坑和表面剝落。一方面，軸承內滾道與滾動體之間是滾-滑動耦合運動模式，滾道和滾動體之間的接觸區域會承受交變載荷沖擊作用，長時間服役后因疲勞失效致使滾道表面產生材料剝落；另一方面，滾道表面凹坑的形成與A-軸承載流服役工況密切相關。在軸承運行過程中，電流經過軸承，因滾動體和滾道接觸面非常小，造成滾道和滾動體之間的接觸區域電流過載，不可避免地在表面產生微電弧放電行為[11,18]。微電弧放電過程會產生大量的電弧熱，滾道和滾動體接觸微區的溫度瞬間急劇升高，使得滾道表面層低熔點組分被燒熔，再加上熱-力耦合作用，在軸承內滾道磨損表面產生電蝕坑或軸承內表面被壓出條狀電弧傷痕。與 B-軸承內滾道磨損形貌相比，A-軸承熱端內滾道磨損表面更加平整，表面劃痕更少。

圖10 A-軸承熱端內滾道磨損表面形貌Fig.10 Worn surface morphology of the inner raceway of A-bearing system at hot end

表5 為A-軸承熱端內滾道磨損表面EDS 分析。Fe、Co、V、Cr、Mo 和W 均來自軸承滾道基底材料，與SKH4 鋼材質一致。其中，V、Mo、Re 和W 等合金元素利于高強度鋼內形成極高熱穩定性的復合納米碳化物強化相，發揮固溶強化作用[19]。軸承服役工況高低溫交變的“淬火效應”，使得軸承鋼析出Mo2C或W2C 等二次硬化型碳化物相[20]。此外，檢測到少量Re 稀土元素，主要用于凈化鋼液、變質雜質物和微合金化[21]。盡管熱端軸承內滾道磨損表面檢測出Cu 和Pb 元素（表5），但其含量明顯低于軸承冷端內滾道磨損表面（表3）。

表5 A-軸承熱端內滾道磨損表面EDS 分析Tab.5 EDS analysis of the worn surface of the inner raceway of the-bearing system at the hot end

圖11 為A-軸承熱端滾動體磨損表面光學照片。滾動體磨損表面有輕微劃痕和蝕坑，主要為磨粒磨損和輕微接觸疲勞失效（圖11a）。摩擦過程中軸承內外滾道與滾動體接觸面容易產生固體潤滑材料剝落或轉移到對偶面上，滾動體表面有薄片狀轉移膜（圖11b—d）。滾動體表面黏附的磨屑EDS 分析結果顯示，轉移膜主要為W、Mo、Sr、Re 和C 元素，如W 和C主要與熱端滾動體基體析出的碳化物硬質相有關（圖12）。A-軸承熱端滾動體磨損表面檢測到Pb 固體潤滑材料，有效減緩軸承內外滾道表面微凸體或磨屑硬質顆粒對滾動體的機械劃傷。

圖11 A-軸承熱端滾動體磨損表面形貌：光學照片（a）和SEM 觀測（b—d）Fig.11 Worn surface morphology of the rolling element of A-bearing system at hot end:optical imaging (a) and SEM observation (b, c, d)

圖12 A-軸承熱端滾動體磨損區域（圖11d）主要元素EDS 分布Fig.12 EDS imaging the elememtal distribution collected from the worn surface area of A-bearing system at hot ened in fig.11d

采用SEM/EDS 對A-軸承熱端內滾道磨損表面進行組分分析，如圖13 所示。高溫工況下A-軸承內滾道磨損表面出現“棋盤狀”硬質碳化物析出（圖13a），其化學成分主要是Re 元素和W 元素（圖13b 和圖13c）。其中，Re 和W 含量的比值為1∶3。A-軸承內滾道磨損表面還檢測到Pb 潤滑劑（圖13d），在摩擦作用下容易變軟或熔化，在滾道與滾動體界面間剪切應力作用下會發生材料轉移，在軸承內滾道表面出現Pb 富集區域。

圖13 A-軸承熱端內滾道磨損表面形貌（a）及其元素分布（b—d）Fig.13 Worn surface morphology (a) and corresponding elemental distribution (b, c, d)of the inner raceway of A- bearing at hot end

圖14 為B-軸承熱端內滾道磨表面形貌。軸承內滾道磨損表面有深淺不一的劃痕、麻點剝落甚至局部淺層剝落，磨損機理主要為磨粒磨損和接觸疲勞失效。理論上講，MoS2具有良好的高溫、高真空潤滑性能，在真空環境下使用上限溫度范圍為500～650 ℃[22-23]。B-軸承部件采用的固體潤滑劑為MoS2，雖然MoS2在500 ℃下的蒸發速率比較低（10–8g/(cm2·s)）[24]，但在摩擦過程中容易起塵，導致軸承內滾道與滾動體接觸區域產生嚴重機械損傷，使得軸承內滾道磨損表面出現劃痕及點狀壓痕[25-26]，這會進一步引起內滾道表面局部應力集中，導致內滾道接觸區域發生塑性變形，形成點蝕和材料剝落。

圖14 B-軸承熱端內滾道磨損表面形貌光學照片Fig.14 Optical imaging of the worn surface morphology of the inner raceway of B-bearing system at hot end

圖15 為B-軸承熱端滾動體磨損形貌。鋼球磨損表面并非光滑，有滾動痕跡以及明顯劃痕，局部可觀察到材料剝落形成的麻坑，磨損機制主要為磨粒磨損和接觸疲勞（圖15a）。鋼球作為軸承組件的主要部分，涉及到滾動磨損、滑動磨損、滾-滑耦合磨損以及沖擊-摩擦耦合磨損等復雜磨損形式[27]。鋼球表面的剝落坑原因主要有：一方面，滾道與滾動體界面應力集中導致滾動體材料剝落，產生接觸疲勞磨損；另一方面，滾道與滾動體界面放電燒蝕。采用SEM/EDS進一步觀察鋼球磨損形貌，鋼球磨損表面有顆粒狀磨屑（圖15c）、較小片狀磨屑（圖15b）以及碾壓在鋼球表面的大尺寸塊體磨屑（圖15d）。這意味著B-軸承熱端滾動體經歷著從正常磨損到疲勞失效過程，在高溫及接觸應力耦合作用下，疲勞失效加劇，從局部顆粒狀剝落到大尺寸疲勞磨屑及塊體磨屑，這與B-軸承熱端部件用MoS2固體潤滑材料的摩擦學適應性密切相關。

圖15 B-軸承熱端滾動體磨損表面形貌：光學照片（a）和SEM 觀測（b—d）Fig.15 Worn surface morphology of the rolling element of B-bearing system at hot end:Optical imaging (a) and SEM observation (b, c, d)

3 高真空/高溫潤滑技術探討

隨著航空、航天、信息等高技術和海洋開發、先進制造技術等工業的迅猛發展，迫切需要解決極端條件下如高承載、高速度、高真空、高低溫、強輻射等多場耦合復雜工況下的摩擦學問題，極端環境下潤滑科學及技術的發展則是突破高端裝備在特殊環境下使役壽命極限和運行可靠性的解決辦法。例如，醫療CT 用旋轉陽極X 射線管、半導體、平模板等制造工藝用的各種真空裝置用機器人及電動機等設備均涉及到回轉和直線運動，必須利用關鍵基礎部件軸承[28]。真空環境中使用的軸承有滾動軸承、滑動軸承和磁軸承等，軸承的潤滑性能直接影響真空機械整機性能及其運行可靠性。特別是真空軸承部件工作環境還涉及到高溫、高載、高速、載流等工況，對真空軸承用潤滑劑的選擇尤為重要。

以醫療CT 設備用旋轉陽極X 射線管中的高速軸承為例，軸承在高真空（10–8～10–4Pa）和高溫（450～550 ℃）下運行，必須采用低蒸氣壓（在真空中不易揮發）的固體潤滑劑。根據文獻報道，固體潤滑劑是金、銀、鉛等軟質金屬或二硫化鉬等層狀結構物質，在軸承內外滾道或滾動體表面上形成固體潤滑膜。在真空和高溫（>400 ℃）環境下，鉛容易揮發（破壞真空環境），不能單獨作為高真空固體潤滑劑；如果采用銀作為固體潤滑劑，盡管銀具有低蒸氣壓，但是銀的硬度高，容易增大摩擦力[29]。固體潤滑劑鋁、銦、錫等其中2 種或幾種共同使用，具有低蒸氣壓，即使在超過350 ℃工況下，涂覆上述金屬復合膜的軸承部件仍保持穩定的潤滑性能。

真空環境下，摩擦表面不能形成降低摩擦的金屬氧化物或者產生磨屑，不然會導致摩擦因數上升，摩擦熱不能通過氣體對流傳導而帶走，摩擦面溫度急劇上升容易發生黏著磨損或固態冷焊[30]。滾動軸承內外滾道采用物理氣相沉積MoS2固體潤滑薄膜可以延長軸承的工作壽命，但容易產生磨屑（圖8），引起軸承運行噪音增大和加劇磨損，甚至其耐磨損性能不如Ag 膜[7]。采用離子鍍方法在軸承部件表面涂覆Pb-Cu合金固體潤滑膜可以有效降低軸承部件間的摩擦因數和降低軸承的磨損。其中Pb-Cu 合金固體潤滑膜屬于彌散型混合物，低剪切強度和低熔點Pb 相發揮潤滑減摩功效，而Cu 則起著錨固Pb 粒子和防止Pb 粒子在摩擦過程中產生過度的塑性流動，同時Cu 和Pb混合可有效降低Pb 的蒸氣壓[31]。這與本研究中軸承部件采用Pb-Cu 合金潤滑膜一致。最近，荷蘭飛利浦實驗室采用低共熔混合物（配比為68.5%鎵、21.5%銦和10%錫）作為螺旋槽軸承的液體金屬潤滑劑，即使在真空和600 ℃高溫環境下，液態金屬合金鎵銦錫潤滑劑具有極低蒸氣壓，同時具有良好的導熱和導電性能，作為世界引領性潤滑技術備受真空軸承制造者關注[32-33]。

合適的真空環境潤滑劑評價方法才能保證真空環境軸承部件潤滑材料的服役壽命和運行可靠性。真空中使用的滾動軸承潤滑材料，必須充分考慮轉矩（摩擦因數）、潤滑膜成形性、氣體排放性、起塵性、轉矩壽命、減量速度等關鍵參數[28]。

4 結論

1）軸承部件的磨粒磨損及疲勞失效是真空軸承部件損傷失效的主要形式。載流工況下軸承部件接觸界面會發生電弧放電，軸承磨損表面會出現電燒蝕和點蝕等。

2）確定了2 種醫用X-射線管真空軸承的潤滑材料分別為MoS2和Pb-Cu。然而MoS2固體潤滑膜容易產生磨屑，增大摩擦，并產生噪音。