固體潤滑軸承用9Cr18不銹鋼離子注入與磁控濺射改性真空摩擦學分析

1、固體潤滑軸承用9Cr18不銹鋼離子注入與磁控濺射改性真空摩擦學分析 為了提高空間固體潤滑滾動軸承耐磨壽命，采用全方位離子注入和磁控濺射技術(shù)對空間固體潤滑軸承用9Cr18材料開展耐磨減摩表面改性研究。首先對9Cr18不銹鋼試樣表面注入N+、Ti+、Ti+ +N+，對離子注入后試樣采用磁控濺射技術(shù)沉積MoS2-Ti薄膜。通過測試注入前后試樣粗糙度及硬度，評價不同注入離子及無離子注入不同基底材料下濺射MoS2-Ti薄膜的附著力、真空摩擦學、薄膜磨損率等性能。結(jié)果說明離子注入通過提高9Cr18不銹鋼基底硬度，能夠提高復(fù)合改性后9Cr18不銹鋼材料真空摩擦學性能20%。 9Cr18不銹鋼由于具有優(yōu)異的防

2、銹蝕能力，并且具有強度高，耐磨損的特點，因此被大量應(yīng)用于空間固體潤滑軸承加工。隨著后續(xù)我國空間探索任務(wù)不斷深入，空間機構(gòu)產(chǎn)品壽命不斷提高，要求空間固體潤滑軸承轉(zhuǎn)數(shù)滿足后續(xù)應(yīng)用壽命不斷提高的需求。現(xiàn)有濺射MoS2-Ti固體潤滑軸承在壽命后期磨損通常表現(xiàn)為溝道磨損，通過離子注入與濺射技術(shù)復(fù)合表面改性，提高溝道表面硬度、耐磨性及抗疲勞性能，是延長固體潤滑軸承空間使用壽命的解決方案之一。 僅采用離子注入工藝在軸承溝道開展表面改性，雖然提高了表面硬度，但真空干摩擦下摩擦副間摩擦系數(shù)較大，導致軸承運轉(zhuǎn)摩擦力矩波動大，不利于精細固體潤滑滾動軸承平穩(wěn)運行，適用于高速油潤滑軸承應(yīng)用。本研究中采用離子注入的方式，

3、提高軸承溝道基底強度及耐磨性，再采用濺射方法沉積MoS2-Ti固體潤滑薄膜，在保證摩擦副間低摩擦系數(shù)前提下，延長固體潤滑軸承真空耐磨壽命。 近年來國內(nèi)外開展了大量9Cr18不銹鋼材料耐磨改性研究，本文主要針對不銹鋼材料采用離子注入與濺射復(fù)合表面改性在真空下固體潤滑滾動軸承的應(yīng)用開展研究。 1、試驗 1.1、試樣制備 試樣采用9Cr18試環(huán)，尺寸為32 mm10mm。試樣經(jīng)過淬火、研磨、拋光等預(yù)處理，表面粗糙度Ra到達0.08m，表面硬度5860HRC。采用*同創(chuàng)材料表面新技術(shù)工程中心研制的復(fù)合離子注入設(shè)備。Ti+ 由磁過濾脈沖金屬真空弧等離子體源產(chǎn)生，N+ 由射頻等離子體源產(chǎn)生，MoS2-Ti

4、薄膜由中頻磁控濺射靶與磁過濾脈沖金屬真空弧等離子體源復(fù)合沉積。離子注入時工件臺連接負高壓脈沖電源，在沉積過程中切換為偏壓電源。系統(tǒng)原理圖如圖1所示，沉積MoS2-Ti薄膜工藝為MoS2靶功率24kW，Ti金屬離子源主弧電壓70V，偏壓-100V。離子注入工藝見表1。 圖1離子注入沉積系統(tǒng)示意圖 表1離子注入工藝參數(shù) 1.2、試驗方法 本研究用Taylor Hobson公司的CCI Lite型表面輪廓儀對離子注入前后的試樣開展表面粗糙度測試。注入層硬度測試使用瑞士CSM 公司的納米硬度測試儀開展測試。MoS2-Ti薄膜試樣的附著力使用瑞士CSM 公司的納米劃痕測試儀開展測試，真空摩擦學性能測試使用瑞士CSM 公司的真空球盤摩擦試驗機，并對真空球盤摩擦試驗后的試樣使用表面輪廓儀計算其溝道磨損量。 3、結(jié)論 采用離子注入與濺射復(fù)合技術(shù)對9Cr18不銹鋼軸承材料開展耐磨減摩處理，注入試樣明顯較無注入試樣真