摘要
关于各类轴承应用中出现的白蚀裂纹（WEC）的研究已经识别出了多种驱动因素，这些因素共同促成了失效的发生。润滑剂、电流、接触力的结合被证明会显著催化WEC的形成。单一因素并不会导致WEC的发生，而组合因素决定了WEC是否出现，因此，WEC现象似乎是多维的，也使得其仍不可预测。本文是关于使用深沟球轴承试验台进行的一个系统性研究，研究润滑剂化学成分、电流以及不同油流量和压力如何共同导致WEC。很明显，即使在形成WEC的临界条件下，增加油流量和降低接触压力也可以防止WEC。
主要图示
次表面白蚀裂纹演变过程
试验图示
拆卸图
试验前、中、后的图示
出现的次表面白蚀裂纹
表1 试验概况：试验参数、润滑剂及是否出现WEC
讨论
在保持速度恒定以及电流冲击恒定情况下，试验反映了与白蚀裂纹（WEC）出现相关的不同维度，最不利的组合是含有PAO（基础油）、ZnDTP（磷酸锌二烷基二硫代磷酸酯）和PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）的润滑剂，在1200～1800 N压力范围内和4 mL/min的油流量下，短时间内多次出现WEC失效。通过将载荷减少到800 N以及在1800 N时增加油流量，这种失效得到了缓解。PAO基础油与ZnDTP的混合物在最关键的条件下（1800 N载荷和4 mL/min油流）导致了WEC。然而，即使在最关键的条件下（1800 N，4 mL/min），使用硼酸酯与PAO和纯基础油的混合物也未检测到WEC。所有导致WEC的测试在轴承上表现出电阻增加的现象，而所有未导致WEC的测试则未表现出这种现象。当监测温度时，也观察到了类似的模式，趋势上看，所有导致WEC失效的试验在开始时显示出温度上升，然后在整个试验过程中保持稳定。显然，即使在WEC的关键条件下，通过增加油流量和减少接触压力，可也以使情况变得没有WEC。一个重要的方面是，WEC形成的前阶段伴随着轴承外加电阻的增加，电阻在一段时间内持续，然后突然消失。需要强调的是，这种现象与反应层的形成无关，因为当油流量增加时，这种现象就消失了。因此，更可能的原因是暂时的分子聚集（集群），WEC的形成可能是由于集群表面的电荷积累引起的。在这种“静默”充电阶段，WEC的起始可能会发生，而电阻的崩溃则反映了WEC的爆发。这些假设是近期研究的一部分。
结论
使用深沟球轴承试验设备进行系统研究，探讨润滑剂化学物质与电流、油流量和压力变化组合如何导致WEC的形成。为了识别润滑油中的关键成分，选择了一种在试验台和现场都与WEC相关的知名工业齿轮油。不同的成分分别进行试验，首先使用纯基础油，然后逐步添加在原始齿轮油中识别出的不同添加剂。由于ZnDTP在各种条件下已知会导致WEC，因此在试验过程中观察到WEC并不令人惊讶。一个重要的结果是，结合使用PMMA的黏度指数改善剂（VI Improver）与ZnDTP，会显著加速WEC的产生。这一结果十分重要，因为基于PMMA的黏度指数改善剂在全球范围内被用于齿轮油，但其对WEC的影响此前并未报道。这也清楚地证明了WEC是一个多维问题，对润滑成分非常敏感。传动系加注润滑剂应考虑润滑剂中可能残留的化学物质。长期可靠性预测应基于连续分析，例如折射率，以评估与新鲜润滑油相比的油的状况。监测成分的化学敏感传感器可以安装在旁路中，施工难度低。除了WEC创建对尚未开发的化学品的敏感性外，通过简单地增加油流量可以去除WEC这一事实具有相当大的实际重要性。然而，它需要一个靠近轴承的油流量计，而不是仅仅依赖安装在油箱中的泵，因为油箱远离轴承。通过详细调查化学品和油流量，目前的结果对于在电流暴露下使用轴承变得重要，如风力发电和电动汽车。
来源：
Zuercher, M.; Schlücker, E.; Spaeth, C.; Holweger, W. Multi-Parametric Investigations on White Etching Crack Formation in Deep Grove Ball Bearings. Lubricants 2024, 12, 328.
https://doi.org/10.3390/lubricants12100328
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