Cr4Mo4V軸承鋼離子注入Ti-N層的工藝優(yōu)化及其耐磨性研究.pdf

1、本文主要研究了N、Ti和N+Ti離子注入層的成分結(jié)構(gòu)，并以單元素注入方式研究了離子注入機的工藝性能，最后分析了離子注入改善摩擦副摩擦磨損性能的機理。
　　 利用SIMS和XPS測試了注入元素的濃度分布；使用XPS分析了注入元素的價態(tài)；用GIXRD分析了注入層的相組成。采用納米壓痕儀測試了注入層的納米硬度?；谏涑谭植祭碚摚嬎懔嗣x注入?yún)?shù)與實際注入?yún)?shù)之間的定量關(guān)系以及注入元素的擴散率、理論濃度分布和注入保有量。采用球-盤磨損

2、試驗機測試了Cr4Mo4V/Si3N4摩擦副離子注入前后的摩擦磨損性能，并基于對磨痕形貌、尺寸和成分的分析結(jié)果，分析了離子注入改善摩擦磨損性能的機理。
　　 成分結(jié)構(gòu)和納米硬度研究結(jié)果表明，三種注入試樣中N、Ti兩種元素均呈非標準正態(tài)分布。對于注N試樣，N元素注入深度為250nm，濃度峰值為11at.％，位于45nm處，注入層中發(fā)現(xiàn)氮化鉻相和游離態(tài)的N原子；對于注Ti試樣，Ti元素注入深度為60nm，濃度峰值為7at.％，位于1

3、1nm處，注入層中發(fā)現(xiàn)有單質(zhì)鈦和氧化鈦相。雙元素注入試樣中，N元素的濃度峰值位移到60nm處，Ti元素分布未發(fā)生明顯變化，注入層中發(fā)現(xiàn)有游離態(tài)的間隙N原子、氮化鈦、氮化鉻以及氧化鈦。上述第二相均以納米晶形式存在。三種注入試樣的納米硬度峰值坐標分別為(14.1GPa，50.1nm)、(12.9GPa，35.1nm)，(14.0GPa，62.0nm)。結(jié)合濃度分布分析結(jié)果認為注入層的納米硬度與N濃度成正比；雙元素注入中Ti元素由于實際注入劑

4、量太少，注入深度太淺，并沒有提升注入層的硬度，但卻使有效區(qū)間展寬。
　　 注入機工藝參數(shù)計算結(jié)果表明，微波源-注入機實際注入能量是名義注入能量的57.5％，實際注入劑量是名義注入劑量的60.1％，注入保有量為1.0×1017ions/cm2，N原子擴散率為26.2％；MEVVA源-注入機實際注入能量是名義注入能量的50.5％，實際注入劑量是名義注入劑量的17.8％，注入保有量為1.482×1016ions/cm2，Ti原子擴散率