GCr15轴承钢等离子体基C、N、Ta多元共注组织及性能

摘要

本文采用等离子体基离子注入的方法，通过改变C、N、Ta三种元素的注入剂量和注入顺序在GCr15轴承钢基体上制备了表面改性层，以提高材料表面的硬度和耐磨性能。
　　利用X射线光电子能谱(XPS)分析了表面注入层的成分和原子百分含量；用激光拉曼光谱(Raman)分析了表面注入层的性质；并通过XRD测试分析了表面注入层的相结构。利用美国NanoIndenterXP型纳米压痕仪测量硬度和弹性模量；通过球-盘式摩擦磨损试验机研究了在干摩擦、常规实验室条件下表面改性层的摩擦学行为，并根据磨痕轮廓采用积分的方法计算粘着和磨损量，也对试样摩擦表面进行了金相和扫描电子显微镜(SEM)观察分析。
　　研究结果表明：等离子体基离子注入C、N后，在试样表面形成DLC膜。先注氮后注碳试样表面注入层的DLC膜性质优于先注碳后注氮的试样；无论是先注碳后注氮还是先注氮后注碳，硬度变化规律都是先增加后降低，并且在C和N的注入剂量都是3E17ions/cm2时，表面注入层硬度最高。先注氮后注碳试样表面耐磨性好于先注碳后注氮试样，并且随着碳注入剂量的增加，耐磨性逐渐提高。摩擦副为GCr15钢球，先注碳后注氮试样的磨损机制以粘着磨损为主，先注氮后注碳试样的磨损机制以磨粒磨损为主；摩擦副为Si3N4陶瓷球，随着氮离子注入剂量的增加，磨损机制由两种机制并存变为粘着磨损，随着碳离子注入剂量的增加，磨损机制由两种机制并存转变为磨粒磨损。
　　等离子体基离子注入C、N、Ta后，试样表面注入层形成TaC，Ta2C相。摩擦系数由于Ta的注入显著降低。先注金属Ta后注气体试样的耐磨性好于先注气体后注金属Ta的。摩擦副GCr15球，前者的磨损机制是磨粒磨损，后者的磨损机制是粘着磨损和磨粒磨损两种机制并存；摩擦副Si3N4陶瓷球，前者的磨损机制由两种机制并存转变为磨粒磨损，后者的磨损机制是粘着磨损和磨粒磨损两种机制并存。

目录

GCr15轴承钢等离子体基C、N、Ta多元共注组织及性能

MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF GCr15 BEARING STEEL IONS IMPLANTATION CARBON, NITROGEN AND TANTALUM BY PBII

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 轴承钢表面改性

1.3 等离子体基离子注入技术

1.4 离子注入表面改性机理

1.5 DLC膜性能

1.6 本论文主要研究内容

第2章 材料及试验方法

2.1 试验材料

2.2 试样的制备

2.3 试验方法

2.4 分析方法和手段

第3章 GCr15轴承钢等离子体基离子 多元注入层组织结构及成分

3.1 引言

3.2 注入层成分分析

3.3 DLC膜结构分析

3.4 注入层的相结构

3.5 本章小结

第4章 GCr15轴承钢等离子体基多元离子注入层 的纳米力学性能

4.1 引言

4.2 注入参数对注入层纳米硬度的影响

4.3 注入参数对弹性模量的影响

4.4 离子注入C、N、Ta强化机理

4.5 本章小结

第5章 GCr15轴承钢等离子体基多元离子注入层 的摩擦磨损性能

5.1 表面注入层的摩擦学性能

5.2 注入剂量对耐磨性能的影响

5.3 注入顺序对耐磨性能的影响

5.4 离子注入C、N、Ta改善耐磨性机理

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢