微汽泡与局部放电协同作用的轴承电蚀失效理论与实验研究

带电轴承早期电蚀失效是困扰交流电机和高速电力机车可靠运行的突出问题之一。由于电蚀发生过程错综复杂，国内外对其产生规律和破坏机制的认识尚不充分，大多数观点认为带电轴承早期失效是由润滑膜中的局部放电导致。申请人近期研究发现，带电轴承润滑膜中产生局部放电的同时还出现许多微汽泡，而微汽泡的溃灭会造成轴承内部材料的损伤。基于以上研究，申请人认为带电轴承润滑膜中产生的微汽泡溃灭与局部放电共同导致带电轴承的电蚀失效。鉴于此，本项目研究微汽泡与局部放电单独存在及二者共存时润滑材料结构和性能演变规律及轴承内表面层材料破坏规律，构建基于微汽泡与局部放电二者协同作用的轴承电蚀发生的理论模型，丰富和完善带电轴承早期电蚀失效理论。同时，立足润滑剂设计，通过台架试验研究，尝试寻求可有效减少微汽泡与局部放电产生和破坏的优化方案。通过本项目的研究，为带电轴承早期电蚀失效问题的解决提供必要的理论基础和技术支持。

本青年科学基金项目提出开展研究探讨基于微汽泡与局部放电二者协同作用的轴承电蚀行为和机制并提出可行的延寿途径。在三年执行过程中主要围绕带电润滑膜中微汽泡和局部放电的产生规律、带电润滑膜失稳行为和带电润滑膜的破坏失效问题及延寿途径探索三个方面开展工作，进展顺利，基本完成既定任务。取得以下一些重要成果：(1)揭示出微汽泡产生与润滑膜厚度以及回路电流的对应关系；观察到局部放电诱导作用的油膜失稳和微汽泡产生现象，提出局部放电是加速带电润滑膜中过热产生汽泡的重要因素之一。(2) 揭示相邻液滴间发生局部放电过程中的温度分布、演变规律以及微汽泡产生现象，发现相邻液滴局部放电的两种模式，提出局部放电对材料的热致损伤机制；观察到低介电常数液体在点接触区附近形成的弯液面在电场作用下发生向外铺展的新现象，发现接触三相线附近存在强烈的气体放电现象，提出介电液体弯液面的带电铺展行为主要是由于液-气界面的切向作用力所致。(3)实时观察到带电滚动接触摩擦副的损伤形态演变过程，提出局部放电作用下微汽泡溃灭加速带电轴承损伤的机制；探索了导电润滑涂层和含金属纳米颗粒导电润滑剂两种延寿途径。用电化学还原一步法合成出微观组织均一的铜/还原氧化石墨烯复合涂层，摩擦性能和导电性能显著增强；含金属纳米颗粒的润滑剂具有较优的带电润滑性能。基于以上这些研究工作，在ACS Applied Materials & Interfaces (IF: 5.9)、Applied Physics Letters (IF: 3.5)、Tribology International (IF: 2.1)和Journal of Physics D (IF: 2.5)等杂志发表SCI论文7篇(第一作者6篇)，申请中国发明专利1项，获全国优秀博士论文奖和瑞典皇家工学院Ragnar Holm奖等。