等离子体浸没离子注入与沉积合成TiN薄膜的滚动接触疲劳寿命和机械性能

汤宝寅¹，金青林²，周荣锋²，刘洪喜²，周荣²，蒋业华²

(1.哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室,哈尔滨,150001;
2.昆明理工大学机电工程学院,昆明,650093)

摘要:采用等离子体浸没离子注入与沉积(PⅢ&D)技术在AISI 52100轴承钢表面合成了高硬耐磨的TiN薄膜.膜层元素分布、化学组成和表面形貌分别用XRD,XPS表征.合成薄膜前后试样的滚动接触疲劳寿命和摩擦磨损性能分别由球棒疲劳磨损试验机和球-盘磨损试验机测定;疲劳破坏后的微观形貌通过SEM观察;薄膜力学性能经纳米压痕和纳米划痕实验评价.结果表明,TiN膜中还含有少量的TiO2和Ti,N,O的化合物.在优化条件下,TiN膜层致密均匀,与基体结合良好,纳米硬度和弹性模量分别达到25和350 GPa;最低摩擦系数由基体的0.92下降到0.2.被处理薄膜试件在90%置信区间下的最大L10,L50,La和L寿命较基体分别提高了约4.5,1.8,1.3和1.2倍,疲劳寿命的分散性得到了显著改善.

关键词:等离子体浸没离子注入与沉积; TiN薄膜; 机械性能; 滚动接触疲劳寿命; 轴承钢;

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