發(fā)布時間：2017-12-14 07:01

  本文關鍵詞：軸承表面制備TiN薄膜工藝與性能試驗研究

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【摘要】：航空發(fā)動機主軸軸承是發(fā)動機中非常重要的零部件之一,它的性能好壞對航空發(fā)動機的性能有著直接影響。主軸軸承工作中出現(xiàn)了磨損失效的問題,軸承在運轉(zhuǎn)時有雜質(zhì)混入潤滑油進入軸承,導致軸承保持架磨損軸承套圈引導面,最壞情況是運轉(zhuǎn)不到10小時,引導面即被磨平。表面工程技術應用到航空軸承上,對于提高軸承的性能和服役壽命有著不可替代的作用。應用物理氣相沉積技術在航空軸承引導面表面制備TiN薄膜,能夠強化軸承引導面表面摩擦學性能,提高軸承表面耐磨性和服役壽命。因此,研究TiN薄膜的制備技術和工藝,提高薄膜的綜合性能,實現(xiàn)該技術在航空發(fā)動機軸承上的應用,具有重要意義。本文研究了 TiN薄膜的制備技術、性能表征方法和制備工藝優(yōu)化,設計了軸承工裝,改進了鍍膜轉(zhuǎn)架系統(tǒng),實現(xiàn)了 TiN薄膜在航空軸承表面的制備與應用,并對鍍膜軸承進行了臺架試驗驗證。使用多弧離子鍍膜設備對TiN薄膜進行制備研究,TiN薄膜性能的影響因素眾多,其中基體偏壓、靶電流、氣體分壓、沉積溫度等工藝參數(shù)是薄膜性能最主要的影響因素。設計了四因素三水平的正交試驗研究分析各個工藝因素對TiN薄膜性能的影響規(guī)律,進而優(yōu)化工藝參數(shù)組合,優(yōu)化試驗結(jié)果表明,基體偏壓80V、靶電流70A、沉積溫度300℃、N2氣體流量400SCCM時,沉積得到的TiN薄膜具有較優(yōu)異的綜合性能。顯微硬度超過2200HK0.025,平均達到2264.03HK0.025;膜基結(jié)合力在60N以上,最高達70N,平均結(jié)合力達66.13N;摩擦系數(shù)低于0.6,平均為0.5699;XRD檢測表明薄膜具有強烈的(111)晶面擇優(yōu)生長取向,預示著薄膜的耐磨性、硬度等性能優(yōu)異;薄膜厚度適中,在2μm-4.5μm之間;采用三維白光干涉儀對磨痕測量結(jié)果顯示,TiN薄膜具有較好的耐磨性能。為實現(xiàn)TiN薄膜在航空軸承外圈引導面部位的良好沉積,對軸承進行工裝設計。航空軸承作為高精密零件,要求需要沉積TiN薄膜的部位不能漏,不沉積薄膜的部位絕不能有涂層。引導面和滾道相鄰,因此滾道擋圈設計為與滾道弧面相配合的弧面,保證擋圈能嚴密遮擋滾道。由于軸承鍍膜部位引導面是曲面,前期試驗中發(fā)現(xiàn)薄膜厚度不均勻,為使沉積的TiN薄膜厚度均勻,對設備工件轉(zhuǎn)架作了改進設計。利用行星齒輪系統(tǒng)的運動原理改變軸承在鍍膜真空室中的運動方式,使軸承既繞著中心輪公轉(zhuǎn),又繞著自身軸線自轉(zhuǎn)。設計中心輪一個,其分度圓直徑D1=333mm,模數(shù)m=3;行星輪五個,其分度圓直徑D2=66mm,模數(shù)m=3。使用Adams多體動力學仿真分析軟件對軸承鍍膜轉(zhuǎn)架進行運動學分析,結(jié)果表明鍍膜轉(zhuǎn)架運動方式達到預期目標,軸承在轉(zhuǎn)架的帶動下能實現(xiàn)公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn),輪系傳動比仿真計算值和理論計算值相一致。使用哈軸公司主軸軸承試驗器,對沉積有TiN薄膜的軸承進行臺架試驗。軸承通過了 50小時的考核驗證,經(jīng)分析檢測,TiN薄膜表面狀態(tài)完好,無磨損、掉塊等缺陷,軸承仍可繼續(xù)使用。綜上,使用物理氣相沉積技術在航空發(fā)動機軸承上制備TiN薄膜能夠解決軸承引導面耐磨性不足的問題,能夠幫助提高軸承的服役壽命。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：V232.2;TG174.4

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6 于永o，

本文編號：1286957