5.2 表面涂覆

表面涂覆技术包括：物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、射频溅射（RF）、离子喷涂（Plasma spraying coating, PSC）、化学镀等[38~42]。PVD与CVD相比，其工艺过程中被处理工件的温生低，镀后不需再进行热处理，再轴承零件的表面处理中得到较广泛的应用。100Cr6、440C等钢制轴承零件经PVD、CVD或RF镀TiC、TiN、TiAlN等后，可提高轴承零件的耐磨性、接触疲劳抗力，降低表面摩擦系数。

SKF公司近年来开发了两种涂镀技术：一是采用PVD在轴承套圈及滚动体表面镀硬度极高的金刚石结构的碳（Diamond-Like Carbon, DLC），表面硬度比淬硬轴承钢高40~80%、摩擦系数类似于PTFE或MoS2，具有自润滑特性，且与基体结合良好、无剥落，轴承寿命、耐磨性大幅度提高，在断油的情况下仍可正常工作，被称为“NoWear bearing”[38]; 二是采用PSC在轴承的外圈外圆面喷涂一层100μm后的氧化铝，使轴承的绝缘能力高达1000V以上，通过增加氧化铝的厚度使轴承具有更高绝缘能力。涂镀的氧化铝与基体结合牢固，还可提高轴承的耐蚀性，镀后的轴承（INSOCOATTM bearing）可像一般轴承一样进行安装[39]。

低温离子渗硫是20世纪80年代后期出现的表面改性技术。其基本原理与离子渗氮相似，在一定的真空度下，利用高压直流电使含硫气体电离，生成的硫离子轰击工件表面，在工件表面与铁反应生成以FeS为主的10μm左右厚的硫化物层。硫化物是良好的固体润滑剂，有效地降低钢件接触表面的摩擦系数，且随载荷增大，摩擦系数进一步降低，因此可以大大提高重载下轴承的耐磨性，轴承的寿命可提高3倍左右。

低温磷化与渗硫的作用相似。通过把工件放置于40℃的TAP溶液（磷酸十三烷酸脂）中浸渗4h可在工件表面获得0.05~0.25μm厚的Fe2O3和Fe4(P2O7)3的表面层，降低摩擦系数、提高耐磨性。经磷化的M50钢轴承在短期断油的情况下不出现卡死，提高了轴承的可靠性[36]。

扩散渗铬是用气体方法（粉末法）在850~1100℃进行，时间为1~9h，根据零件所用钢种（ШХ15、95Х18、55СМ5ФА）及性能需要选用相应的温度和时间，在轴承生产及修复中均可使用。渗后扩散层由Cr2(NC)3、(Cr,Fe)23C6及(Cr,Fe)7C3组成，层深16~27μm，硬度1650~1900HV。渗铬并进行常规热处理后，耐热性、耐蚀性、耐磨性及接触疲劳强度均明显提高[42]。

6 表面加热淬火

感应加热表面淬火是使用较为广泛的方法之一，原苏联对对这一工艺的理论和生产应用开展了较多的研究[43~48]，其主要应用场合分两类：一是铁路轴承的表面感应加热淬火，采用新材料ШХ4钢制的套圈经感应加热淬火后，表面为硬而耐磨的马氏体组织，心部为韧性较好的索氏体、屈氏体，表面为高达500Mpa的压应力，其使用寿命比ШХ15СГ制轴承高1倍，并且完全消除了套圈使用时突然脆断的现象，提高了轴承的可靠性，性能与低碳钢渗碳淬火相似，但成本远低于后者。同时，也开发出相应的专用感应器和淬火设备，并把这一材料及感应淬火的成果推广到要求耐磨和高韧性的轧机轴承等重载轴承；感应加热表面淬火的另一应用是特大型轴承的热处理，减少大型轴承套圈的淬火变形和硬度不均匀性，同时节省设备的投资费用。日本[47]把表面感应加热淬火成功地应用于汽车等速完向节的热处理，包括阶梯轴、壳体内表面及滚道的淬火均由特制的感应圈一次加热完成。高频热处理和冷锻技术的应用使生产成本大大降低，产品的可靠性也大幅度提高。

激光等高能束表面热处理是近年来开发的新的热处理方法[49~50]，使用较多的CO2激光束。通过激光加热可获得0.25~2.0mm的硬化层，与其他表面硬化方法相比，其具有硬化层深度及位置控制精确、无变形等优点。高碳铬轴承钢零件经表面激光硬化后淬硬层的马氏体极细小、碳化物分布更均匀、残余奥氏体极少，比一般淬回火具有更高硬度和滑动耐磨性。另外，激光等高能束还可作为表面涂覆工艺的热源，一次可完成表面淬火和涂覆过程，尤其是近年来纳米技术的发展，这一复合工艺过程在精密轴承零件的表面处理中将有广阔的应用前景。