脉冲电子束辐照银层形态演化机制及高温摩擦性能

发布时间：2017-07-18 01:06

  本文关键词：脉冲电子束辐照银层形态演化机制及高温摩擦性能

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【摘要】：运动副在高温、高接触应力条件下的固体润滑是目前高端技术装备发展所面临的严峻挑战。银层在高温时具有良好的固体润滑性能,同时具有结构简单、易制备、高温稳定性好的特点,是一种理想的高温固体润滑材料。传统方法制备的银层膜基结合力低,重载条件下易剥落,从而限制其在高温重载条件下的应用。电子束合金化技术是通过具有高能量密度的电子束轰击到样品表面,产生高温熔化形成冶金结合,提高基体与银层的结合力,解决银层在高温重载下的润滑问题。本文分别研究了三种不同工艺下制备银固体润滑层的组织结构及高温性能:第一种工艺为直接在M50钢的表面进行磁控溅射沉积银层;第二种工艺为首先采用低能脉冲电子束辐照技术对M50基体进行预清洁,随后进行银层沉积;第三种工艺为M50基体进行电子束预清洁后沉积银层,最后对银层表面进行强流脉冲电子束辐照处理。研究了电子束辐照后银层表面形态演化机制。由SEM图像可得电子束辐照后的银层表面形貌大致可分为三类:完整连续覆盖、网状、分散状球形形貌。一定厚度银层在高能量密度以及多次辐照条件下会产生熔化及蒸发损失,随着银层剩余量的由多到少,银的形态会由完整连续向分散球形结构转变。银层表面形成的主要驱动力为表面能,表面能最低的状态为银层最稳定状态。在高温(400/500/600℃)以及高接触应力(2.0/2.5/3.0/3.5GPa)条件下进行银层摩擦磨损试验。结果表明:M50基体直接进行磁控溅射沉积得到的银层在高温、高载条件下由于膜基结合力较差在磨损初期即大面积剥落;基体进行电子束辐照清洁后沉积银层的润滑寿命较长,银层润滑寿命随着载荷和温度的增加而降低,随着厚度的增加而延长,同时膜基结合力提升,银层不会产生剥落;基体进行低能电子束辐照预清洁后沉积银层,继续进行高能电子束辐照的银层润滑寿命最长。银层的磨损机制为重载下摩擦副与银层的作用力产生的挤压作用将银转移到磨痕外侧,M50基体逐渐显露,最终银层失效。最终结果表明:采用脉冲电子束辐照技术可有效提高银层在高温重载条件下的润滑寿命。
【关键词】：电子束辐照 银层 形态演化 高温摩擦性能 磨损机制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-29
• 1.1 课题背景及研究目的与意义9
• 1.2 固体润滑材料分类及应用9-20
• 1.2.1 软金属固体润滑材料10-15
• 1.2.2 金属氧化物及硫化物固体润滑材料15-17
• 1.2.3 非金属固体润滑材料17-19
• 1.2.4 有机物固体润滑材料19-20
• 1.3 强流脉冲电子束技术原理及应用现状20-28
• 1.3.1 脉冲电子束改性技术发展20-21
• 1.3.2 脉冲电子束产生过程21-22
• 1.3.3 强流脉冲电子束表面改性工艺技术分类22-27
• 1.3.4 电子束改性处理的特点27-28
• 1.4 研究内容28-29
• 第2章 试验材料及试验方法29-35
• 2.1 试验材料29
• 2.2 银层制备工艺路线29-30
• 2.3 试验设备及参数30-32
• 2.3.1 真空磁控溅射30
• 2.3.2 脉冲电子束辐照30-32
• 2.4 分析测试方法32-35
• 2.4.1 SEM/EDS分析32
• 2.4.2 表面物相分析32
• 2.4.3 表面粗糙度测试32
• 2.4.4 显微硬度测试32-33
• 2.4.5 摩擦磨损测试33-35
• 第3章 M50 基体及银层表面形貌及组织结构研究35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 电子束辐照M50 钢表面形貌及组织结构35-38
• 3.2.1 电子束辐照M50 钢表面形貌35-36
• 3.2.2 电子束辐照M50 钢表面物相36-37
• 3.2.3 电子束辐照M50 钢显微硬度37-38
• 3.3 磁控溅射银层表面形貌及物相38-40
• 3.3.1 磁控溅射银层表面及截面形貌38-39
• 3.3.2 磁控溅射银层表面物相39-40
• 3.4 电子束辐照银层表面/截面形貌及物相40-43
• 3.4.1 电子束辐照银层表面形貌40-41
• 3.4.2 电子束辐照银层截面形貌41-42
• 3.4.3 电子束辐照银层表面物相42-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第4章 银层表面形态演化规律及演化机制45-56
• 4.1 引言45
• 4.2 电子束能量密度对银层表面形貌的影响45-48
• 4.3 电子束辐照次数对银层表面形貌的影响48-51
• 4.4 银层厚度对表面形貌的影响51-52
• 4.5 电子束辐照银层形态演化机制52-55
• 4.6 本章小结55-56
• 第5章 银层高温摩擦性能及磨损机制研究56-83
• 5.1 引言56
• 5.2 M50 直接沉积银层高温摩擦磨损行为分析56-57
• 5.3 电子束预清洁基体表面银层高温摩擦磨损行为分析57-70
• 5.3.1 电子束预清洁基体表面银层(1μm)高温摩擦磨损行为分析57-64
• 5.3.2 电子束预清洁基体表面银层(3μm)高温摩擦磨损行为分析64-70
• 5.4 电子束辐照银层(基体预清洁)高温摩擦磨损行为分析70-82
• 5.4.1 电子束辐照银层(表面连续形貌)高温摩擦磨损行为分析70-76
• 5.4.2 电子束辐照银层(表面网状形貌)高温摩擦磨损行为分析76-82
• 5.5 本章小结82-83
• 结论83-85
• 参考文献85-92
• 致谢92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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2 吴爱民,陈景松,张爱民,邹建新,郝胜智,徐洮,董闯;模具钢电子束表面改性研究[J];核技术;2002年08期

3 邱爱慈,吕敏;闪光二号──一台太瓦级脉冲电子束加速器及其应用[J];物理;1995年06期

4 李芬;朱颖;李刘合;卢求元;朱剑豪;;磁控溅射技术及其发展[J];真空电子技术;2011年03期

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本文编号：555364