【摘要】：GH4169合金是一種鎳基高溫合金,具有優(yōu)異的抗疲勞抗氧化性能和良好的加工性能,廣泛用于制造航空航天、核能和石油等行業(yè)的復(fù)雜工程零部件,如渦輪盤、葉片、套管、軸和緊固件等。然而,零部件間的相對運動,不可避免地會有摩擦和磨損,是影響GH4169合金長期服役效果和使用壽命的主要原因,因此,改善GH4169合金的摩擦學(xué)性能,提高其作為零部件的耐磨性能具有重要的研究意義和價值。離子束輔助轟擊技術(shù)不僅增強基底材料表面硬度,同時非平衡工藝條件使得表面原子具有高的活性,有利于材料磨損過程中形成氧化保護膜。本文針對工程用GH4169合金存在的磨損問題,采用離子束輔助轟擊技術(shù)對GH4169合金進行粒子注入,改善其摩擦學(xué)性能和力學(xué)性能。表征后分析Ag/Ag+Mo粒子注入GH4169合金后的物相組成、表面形貌、原子濃度分布、磨損表面元素化合態(tài)等,其主要研究結(jié)果如下:在較低的施加載荷和滑動速度下,對離子束輔助轟擊Ag粒子注入GH4169合金的磨損行為進行研究,結(jié)果表明,當(dāng)襯底溫度為400℃C時,Ag粒子注入合金具有最好的耐磨性能且硬度相對最大,其磨損率降低了 80%,由2.58×10-4mm3·m-1降低到6.25×10-5 mm3·m-1。Ag粒子注入GH4169合金耐磨性能的提高,一方面是由于合金的磨損表面存在含有Ag和AgO的連續(xù)潤滑膜,主要磨損機制從磨粒磨損和粘著磨損變?yōu)檠趸p和粘著磨損;另一方面是由于高速Ag粒子的注入和高能量Ar離子束轟擊會引起大量位錯、間隙原子和空位簇等缺陷,這些缺陷會導(dǎo)致強化效應(yīng),從而提高合金表面硬度,減少磨損。在Ag粒子注入GH4169合金及其摩擦學(xué)性能研究基礎(chǔ)之上,采用離子束輔助轟擊Ag、Mo粒子共注入于GH4169合金,可以更為明顯地改善合金材料的耐磨損性能,相對于Ag粒子注入GH4169合金,Ag、Mo粒子共注入GH4169合金的磨損率減小了 54%,這是由于離子束輔助轟擊,會導(dǎo)致注入粒子的高活性,使得在制備過程中合金表面就有鉬酸銀相合成,而在摩擦實驗過程中,磨損表面由于反復(fù)的赫茲接觸應(yīng)力以及其導(dǎo)致的溫升誘導(dǎo)有鉬酸銀進一步生成,與其他金屬氧化物一起形成連續(xù)氧化物膜,主要磨損機制由磨粒磨損和粘著磨損變?yōu)檠趸p,從而降低磨損。
【圖文】：

移面會產(chǎn)生相對滑動，這使得原來做相對滑動的金屬表面之間的摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿渝义蠈又g的摩擦，因而可以達到減小摩擦系數(shù)和降低磨損的效果。石墨與二硫化鉬逡逑是最典型的層片狀固體潤滑劑，六方晶體結(jié)構(gòu)，其中石墨的晶體結(jié)構(gòu)如圖１．１所逡逑示，石墨在室溫和中低溫段的潤滑性能較好，但是，當(dāng)溫度高于４２５°ｃ則會由于逡逑發(fā)生氧化反應(yīng)而失去其潤滑性能［２２］。逡逑？？Ｓｔｒｏｎｇ＊＾逡逑ｆ逡逑｜Ｍ邐１１邐！邐ｉ逡逑一奢一S茫慧五澹懼義希懾澹義希坼澹。保�！逦匚ｉ辶x稀骨兀福村錦，？逡逑圖１．１石墨的晶體結(jié)構(gòu)逡逑與石墨類似，過渡族金屬二硫化物Ｍ0Ｓ２和ＷＳ２也具有層片狀晶體結(jié)構(gòu)，且逡逑具有良好的潤滑性能，應(yīng)用廣泛。在相同條件下，二硫化鉬潤滑劑的使用壽命和逡逑失效載荷都比石墨大，這是由于Ｍ0Ｓ２中各層原子間結(jié)合鍵強度與層間結(jié)合強度逡逑２逡逑

２．１．１離子束輔助轟擊設(shè)備逡逑本課題實驗是在ＭＩＳ８００型多功能離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜設(shè)備上制備注入逡逑樣品的，設(shè)備系統(tǒng)示意圖如圖２．１所示。該設(shè)備包括四個考夫曼離子源（一個中能逡逑注入離子源、兩個離子束濺射源和一個低能輔助離子源）以及三個磁控濺射靶（兩逡逑個永磁靶和一個電磁靶）和六個既可公轉(zhuǎn)又可自轉(zhuǎn)樣品臺（兩個水冷臺、一個加熱逡逑臺、一個粉末臺、兩個自加熱樣品臺），加熱臺最高加熱溫度可達５００°Ｃ，水冷臺逡逑可使襯底維持２０°Ｃ左右，設(shè)備極限真空優(yōu)于ｌＸｌ（Ｔ４Ｐａ，，雜質(zhì)氣體影響可以忽略。逡逑Ｃｏｏｌｉｎｇ邐Ｃｏｏｌｉｎｇ逡逑Ｗａｔｅｒ邋Ｉ邐Ｗａｔｅｒ逡逑＿邐Ａｓｉｓｓｔｅｄ邐—逡逑！邐ｉｏｎ邋ｓｏｕｒｃｅ逡逑Ｍｏ邋Ｔａｒｇｅｔ邋ＪＵｌ邋￣邋邐Ａｇ邋Ｔａｒｇｅｔ逡逑／邋／邋．＼、＋、Ｔ：ＡＤｒ：邐，邐／邋＼、ＣｌＡｒ＋ＩｏｎＢｅａｍ逡逑Ａｒ＇ＩｏｎＢｅａｍｐ邋／邐＼邋Ｎ．邋ＩｄｎＢｅａｍ邋／邐，邐、、逡逑／邋／＇邋、．、？、：邋：邋／邋／邋、＼逡逑／ｖ邋／邋Ｍｏ邋Ｐａｒｔｉｃｌｅ＃邋＼邐／邐，４ｇＰａｒｔｉｃｌｅ邋Ｎ邋／＼逡逑ｖ邐Ｗ邐ｖ逡逑Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ邐ＧＨ４１６９邐Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ逡逑ｉｏｎ邋ｓｏｕｒｃｅ邋２邐Ｓｏｂｓｔｒａｔｅ邐＇ｏｎ邋ｓｏｕｒｃｅ邋１逡逑圖２．１設(shè)備系統(tǒng)示意圖逡逑考夫曼離子源由兩部分構(gòu)成，真空放電室和雙柵系統(tǒng)（一個屏柵和一個加速逡逑柵），其工作原理是將氬氣引入到熱陰極放電室內(nèi)，陰極發(fā)射出電子與氬氣分子碰逡逑撞電離產(chǎn)生氬離子，自加速柵極引出，經(jīng)過屏柵的孔之后便形成氬離子束，離子逡逑源性能參數(shù)見表２．１。離子束輔助轟擊技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG132.3

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 劉二勇;賈均紅;高義民;曾志翔;烏學(xué)東;;寬溫域連續(xù)潤滑材料的研究進展[J];中國表面工程;2015年04期

2 冷崇燕;周榮;張旭;盧德宏;劉洪喜;;Ag和Ta離子雙注入改善Ti6Al4V合金耐磨性能[J];金屬學(xué)報;2009年06期

3 金允文;淺談表面改性技術(shù)[J];鐵道機車車輛;2000年01期

本文編號：2710149