GCr15等離子體基B、C、N多元共注后組織及性能.pdf

1、本文采用等離子體基離子注入的方法，通過(guò)改變B、C、N三種元素的注入工藝參數(shù)在GCr15軸承鋼基體上制備了表面改性層，以提高材料表面的硬度和耐磨性能。
　　利用X射線光電子能譜(XPS)分析了表面注入層的成分和原子百分含量；并通過(guò)XRD測(cè)試分析了表面注入層的相結(jié)構(gòu)。利用美國(guó)NanoIndenterXP型納米壓痕儀測(cè)量硬度和彈性模量；利用原子力顯微鏡對(duì)離子注入后試樣表面形貌的觀察；通過(guò)球-盤(pán)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)研究了在干摩擦、常規(guī)實(shí)驗(yàn)室條

2、件下表面改性層的摩擦學(xué)行為，并根據(jù)磨痕輪廓采用積分的方法計(jì)算粘著和磨損量，也對(duì)試樣摩擦表面進(jìn)行了掃描電子顯微鏡(SEM)觀察分析。
　　研究結(jié)果表明，離子注入后試樣表面層成分及結(jié)構(gòu)與離子注入工藝參數(shù)有密切相關(guān)。但注入層均沒(méi)有新相產(chǎn)生，并以非晶態(tài)形式存在。一般的，B元素首先與O形成B-O鍵；接著B(niǎo)元素與N元素結(jié)合B-N鍵，當(dāng)B元素較少時(shí)生成的是sp3雜化的B-N鍵，當(dāng)B元素較多時(shí)生成的是sp2雜化的B-N鍵；然后B元素與C結(jié)合生成B

3、-C鍵，當(dāng)C含量相對(duì)少時(shí)生成的是類B4C的B-C鍵，當(dāng)C含量相對(duì)多時(shí)生成的是類BC3.4的B-C鍵；最后多余的B元素之間形成B-B鍵。而N元素則首先與B元素形成N-B鍵，然后與C結(jié)合生成N-C鍵或N=C鍵。
　　研究結(jié)果表明，離子注入后試樣表面層力學(xué)性能及摩擦學(xué)性能與注入層成分及結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。一般的，生成的類B4C、BC3.4、sp3雜化的B-N、sp3雜化的C-N含量越高，表面層無(wú)序度越高，則試樣表面層的彈性模量值和納米硬度

4、值越高，摩擦系數(shù)越高，發(fā)生磨粒磨損的傾向大；生成的石墨C=C、C-C、B-O、sp2雜化的B-N、sp2雜化的C-N、sp2雜化的C=N，則試樣表面層的彈性模量值和納米硬度值越低，摩擦系數(shù)越低，發(fā)生粘著磨損傾向大。
　　研究結(jié)果表明，離子注入后試樣表面層摩擦學(xué)性能與摩擦試驗(yàn)載荷及對(duì)摩擦副材料有關(guān)。隨著載荷的增大，磨損機(jī)理由氧化磨損、粘著磨損過(guò)渡到磨粒磨損；對(duì)摩擦副與試樣材料相同時(shí)，磨損機(jī)理偏向粘著磨損，而對(duì)摩擦副硬度較試樣的高時(shí)，