CrN/C镀层的微观结构及摩擦磨损性能研究

摘要

随着现代工业的快速发展，越来越多的机械零部件开始朝着高精度、高速度、高质量的水平发展，作为机械部件的重要基础件——轴承的磨损失效问题日益突出。精密机械传动系统中，由于相对运动部件之间几乎是零间隙装配，传统的依靠在摩擦副之间形成连续油膜来隔离部件以减少磨损的“引入润滑介质实现减磨延寿”的制造理念已难以实现。而为解决此类有相对运动精密机械基础件的“减磨延寿”问题，在其表面制备2-4μm左右厚度的高导热、低摩擦系数及高耐磨性的CrN/C镀层的表面处理为有效途径。本文采用微弧离子镀技术在不同C靶功率密度、不同Cr靶功率密度以及不同N2气流量的条件下制备CrN/C镀层，采用SEM、XRD、TEM、XPS及显微硬度计、纳米压痕仪、划痕仪、摩擦磨损试验机等仪器对镀层的微观结构及摩擦磨损性能进行了分析。
　　结果表明：CrN/C镀层中的C元素主要以sp2键的形式存在，随着C靶功率密度的增大，sp2键的含量先减小后增大，sp3键的含量先升高后稍微降低；工作层为纳米晶镶嵌在非晶基体中的纳米晶复合结构；镀层的显微硬度随C靶功率密度的增加而增大，在C靶功率密度为39.0W/cm2时达到最大值1125HV。当C靶功率密度为29.5W/cm2时，镀层的摩擦系数最小约为0.3，在C靶功率密度为39.0W/cm2时，镀层的比磨损率最小。
　　随着Cr靶功率密度的增大，镀层中sp2键的含量先减小后增大，sp3键的含量先升高后降低，工作层中纳米晶数量逐渐增多，纳米晶晶粒尺寸约为5nm；镀层的显微硬度先降低后稍微升高，当Cr靶功率密度为0.4W/cm2时，显微硬度达到最大值1536HV；当Cr靶功率密度为0.9W/cm2时，镀层的摩擦系数达到最小值约0.2，比磨损率也达到最小值0.22×10-16m3/Nm。
　　随着N2气流量的增加，镀层中sp2键的含量逐渐降低，sp3键的含量逐渐升高；镀层的结晶程度逐渐增大，纳米晶数量逐渐增多，晶粒尺寸约为3nm；随着N2气流量的增大，镀层的摩擦系数增大，当N2气流量为8sccm时，镀层的比磨损率最小为1.15×10-15m3/Nm。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 减摩耐磨镀层的发展及应用

1.3 非晶C膜的研究现状

1.4 Cr N/C镀层的沉积与生长过程

1.5 Cr N/C镀层的制备方法

1.6 本课题研究内容及技术路线

2 实验设备及实验方法

2.1 实验设备及实验材料

2.2 实验方案及参数

2.3 镀层的检测表征方法

3 C靶功率密度对CrN/C镀层组织结构和性能的影响

3.1 引言

3.2 C靶功率密度对CrN/C镀层厚度、表面和截面形貌的影响

3.3 C靶功率密度对CrN/C镀层相结构的影响

3.4 C靶功率密度对CrN/C镀层价键结构的影响

3.5 C靶功率密度对CrN/C镀层微观组织的影响

3.6 C靶功率密度对CrN/C镀层表面粗糙度的影响

3.7 C靶功率密度对CrN/C镀层力学和摩擦磨损性能的影响

3.8 本章小结

4.1 引言

4.2 C r靶功率密度对CrN/C镀层厚度、表面和截面形貌的影响

4.3 C r靶功率密度对CrN/C镀层相结构的影响

4.4 C r靶功率密度对CrN/C镀层价键结构的影响

4.5 C r靶功率密度对CrN/C镀层微观组织的影响

4.6 C r靶功率密度对CrN/C镀层表面粗糙度的影响

4.7 C r靶功率密度对CrN/C镀层的力学和摩擦磨损性能的影响

4.8 本章小结

5.1 引言

5.2 N2气流量对C rN/C镀层厚度、表面和截面形貌的影响

5.3 N2气流量对C rN/C镀层相结构的影响

5.4 N2气流量对C rN/C镀层价键结构的影响

5.5 N2气流量对C rN/C镀层微观组织的影响

5.6 N2气流量对C rN/C镀层表面粗糙度的影响

5.7 N2气流量对C rN/C镀层的力学和摩擦磨损性能的影响

5.8 本章小结

6 结论

致谢

参考文献