用俄歇电子能谱研究 N_2~+离子注入的钢的表面层

对N_2~+离子注入的GCr15轴承钢样品进行了俄歇分析。样品分为两类:氮注入的GCr15钢和GCr15钢镀Cr后用氮轰击。两者的注入条件相同,能量为100KeV,剂量为3×10~(17)N_2~+/厘米~2和6×10~(17)N_2~+/厘米~2。俄歇分析清楚地给出了有关注入情况的信息,如离子注入对氧在钢表面吸附的影响,氮在钢表层的分布以及在不同剂量下Cr向基体内推移的情况等。观察到最大相对浓度的饱和值,在我们的实验条件下约为23at％。     

氮离子注入轴承钢的时间特性

对10年前经离子注入处理过的GCr15轴承钢进行了时间特性的研究，重复了10年前所有的试验，结果表明，改性的宏观效果随时间的推移不仅是稳定的，还在原改性的基础上更有所提高。从对样品的AES分析中可看出，这种改性的进一步提高是由于掺杂元素注入到材料表面的初期，在其表面形成的是一些亚稳态结构，而使材料表面的性能有一定的改善。但随着时间的推移，材料表面的结构发生多元迁移，这种多元迁移的趋势是最终形成了稳定的金属合金或一些硬质含金。这方面的研究还需进一步的深入，但对离子注入材料改性的时间特性的研究会给离子注入技术的实用性提供理论与试验的依据。     

GCr15轴承钢表面PⅢD处理膜层膜基结合力的研究

采用等离子体浸没离子注入沉积(PIIID)技术在GCr15轴承钢表面形成TiN薄膜,并采用划痕法对不同参数条件下膜层的膜基结合力进行了测量.结果发现:适当的氩离子溅射清洗和加入合适的过渡层可以提高膜基结合力,而且膜基结合力也会随着注入电压和注入量与沉积量比例的变化而改变.     

GCr15钢表面脉冲激光氮化研究

利用Nd：YAG固体脉冲激光对GCr15钢样品表面进行了激光氮化处理,获得了高硬度、高耐磨损、表面致密均匀的氮化铁改性层,并对改性层进行了XRD谱分析和表面及剖面显微形貌分析、表面硬度及硬化深度和磨损率等的测量。同时对GCr15钢表面激光氮化机理进行了分析和研究。     

GCr15轴承钢激光表面改性试验研究

介绍了GCr15轴承钢的激光表面改性方法与效果对比,采用正交试验设计,确定轴承钢激光改性参数,进行优化试验;对表面改性结果进行显微组织、显微硬度检测与分析。结果表明：经激光表面改性的GCr15轴承钢表面硬度提高1．5倍,硬化层深度达0．5mm。     

氮等离子体浸没离子注入技术改善轴承钢滚动接触疲劳寿命和机械性能的研究

研究了氮等离子体浸没离子注入(N-PIII)技术处理后GCr15轴承钢表面的滚动接触疲劳特征和机械性能。测试了改性前后试样的滚动接触疲劳寿命和磨痕光学形貌、摩擦磨损行为及纳米压痕硬度。结果表明,处理后试样的最大显微硬度较基体增大近一倍,摩擦系数从0.95下降到0.15。在赫兹接触应力为5.1 GPa,90%置信区间下的L10和L50寿命分别增加了99.6%和236.3%。分析不同处理参数下的Weibull分布曲线和光学显微形貌可知,脉冲偏压、材料内部缺陷、基体表面粗糙度、注入时间和N离子注入剂量对疲劳寿命均有很大影响。疲劳寿命和相关机械性能的改善主要源于N-PIII处理所导致的氮化物强化相和残余压应力的共同作用。     

打桩机用GCr15钢表面磁控溅射DLC膜的组织和摩擦学性能

为了提高打桩机用GCr15钢的摩擦学性能,采用磁控溅射在其表面制备了一层掺Cr的DLC膜,对比了该膜层处于不同工况下的微观组织和摩擦学特性.结果 表明:DLC膜的表面区域出现了许多球形颗粒,DLC膜的组织形态较为均匀,表面粗糙度接近9 nm.DLC膜形成了单一衍射峰,表明DLC膜属于一种非晶态组织.对DLC膜进行纳米压痕测试形成了光滑过渡的载荷变化曲线,推断制备得到的DLC膜由均匀组织构成.以NaCl溶液作为润滑介质时测试得到的摩擦系数为0.079,得到了较为稳定的曲线.NaCl溶液可以对摩擦配副的接触面产生良好的减摩作用.与不合DLC膜的GCr15/GCr15配副相比,DLC/GCr15配副有更小的摩擦系数,表明DLC膜能够对GCr15钢起到良好的减摩效果.接触压力由1.00 MPa提高到3.60 MPa时,摩擦系数下降;随着接触压力的进一步提高,摩擦升温会加速DLC膜的石墨化进程,使得摩擦系数发生一定程度的增加.     

大型GCr15钢锻坯黑皮粗糙度对超声波检测结果的干扰

某批大型GCr15钢锻材超声波检测出纵向超声波密集型缺陷,缺陷当量高于GB/T6402-2007质量等级3级的要求,究其原因为GCr15钢锻坯表面黑皮粗糙度较高,使得超声波探伤结果出现正向系统误差,实际探伤结果高于真实缺陷当量。笔者提出了一种μ值修正法,对于GCr15钢锻材毛坯件,可通过μ影响系数1/10β粗糙背散射声压40来消除毛坯表面黑皮粗糙度的干扰。结果表明:通过该方法修正,可使得毛坯面的超声波检测结果与机加工面的检测结果相一致。     

GCr15钢等离子体基离子注入Ti和C混合层的XPS研究

用X射线光电子谱研究了GCr15轴承钢不平衡磁控溅射沉积Ti,继之等离子体基离子注入碳的等离子体基离子注入混合层的C ,Ti浓度深度分布及其化学结构。表明混合层的最表层为碳沉积层 ,其C 1s谱峰呈类金刚石特征 ,喇曼光谱肯定了这一特征。碳沉积层下面为C Ti混合区 ,Ti和C各以游离态和化合物态存在。混合层内Ti和C浓度沿层深连续变化 ,无突变区 ,在原Ti沉积层与基材轴承钢发生反冲增强扩散现象     

稀土渗碳对GCr15钢激光熔凝层摩擦行为的作用

为了提高在航空航天和民用等领域中广泛使用的GCr15钢的表面强度及耐磨性能,采用激光熔凝方法对GCr15钢表面稀土渗碳层进行改性处理,研究了稀土渗碳对激光熔凝改性层摩擦系数及磨损量的影响.结果表明:稀土渗碳使GCr15钢表面激光熔凝改性层的摩擦系数有所下降且在整个摩擦过程中波动较小,磨损失重为未经改性处理的基体材料失重的14%(质量分数);随着摩擦时滑动距离的增加及载荷的加大,稀土渗碳激光熔凝改性处理降低磨损失重的作用也显著增大;稀土渗碳层的磨损形式为犁沟磨损,而稀土渗碳激光熔凝处理的改性层则属于局部擦伤型;稀土渗碳在钢表面激光熔凝处理中的作用主要表现为细化晶粒、微合金化、净化和改善组织致密性.     

GCr15SiMn钢轴承套圈缺陷成因分析

采用光学显微镜、扫描电镜等仪器对某GCr15SiMn钢轴承套圈在车加工后出现的表面裂纹缺陷进行了分析。结果表明:缺陷周围无脱碳现象,但缺陷附近存在异于基体的物质,主要为硅、铬、锰的氧化物,为GCr15SiMn钢基体元素的氧化产物,从高温氧化物的成因和机理来看,该缺陷是由锻造过程中产生的表面裂纹引起的基体元素高温氧化形成的,而非原始材料冶金缺陷。     

GCr15钢在4种润滑状态下的冲击损伤行为

为了了解GCr15钢的冲击损伤状态,采用自制的冲击磨损试验机、扫描电镜(SEM)及Taylor Hobson粗糙度轮廓分析仪研究了5 kg电磁杆和13.2 N冲击载荷下GCr15钢在干接触,CKD220油、海水和海水/CKD220油(1∶1)混合润滑下的表面损伤行为。结果表明:冲击使GCr15钢表面发生了塑性变形和磨损,塑性变形存在于冲击的每一阶段;冲击凹坑深度及体积随冲击次数的增加呈增大趋势,干接触时凹坑最浅,海水润滑时最深,CKD220油润滑时凹坑深度略大于海水/CKD220油混合润滑时;海水/CKD220油混合润滑的凹坑内部形貌既不同于干接触,也不同于CKD220油或海水润滑下的凹坑内部形貌。     

GGr15钢表面镀Ti、Cr后N~ 、A_r~ 束混合的电子能谱法研究

利用PHI—550型多功能电子谱仪对GCr15钢镀Ti、Cr后用N~ 及Ar~ 和N~ 轰击过的样品进行了AES、AES—PRO(俄歇部面)及ESCA分析研究。结果表明:(1)GCr15钢镀Ti、Cr后,用N~ 轰击,氮的注入效果明显,混合效果不明显,轰击可不同程度地改善镀层同基体的结合;用Ar~ 轰击则混合效果较明显,注入效果不明显。对表面改性来说,前者效果好,后者效果不理想。(2)改性与样品表层生成的TiO_2、TiN、TiG;Cr_2O_3、CrN等成分有关,C的存在对GCr15钢的表面改性有益。     

GCr15钢轴承套圈表面脱碳层形成机理

根据相图热学平衡原理和不同气氛碳势的影响,提出了GCr15钢轴承套圈表面脱碳层的形成过程和形成机理。结果表明:炉内气氛碳势等于或大于GCr15钢二相区平衡奥氏体碳含量时,获得正常显微组织;随碳势降低,套圈表面先出现半脱碳层,显微组织变化表现为渗碳体数量减少、铁素体(叠加原始铁素体)增加及团块片状珠光体生成;碳势继续降低后,套圈由外到里生成全脱碳层+半脱碳层。     

高能球磨法制备磨球表面铝涂层的研究

利用高能机械球磨法在GCr15钢磨球表面获得了铝涂层,探讨了该涂层的组织与相结构,并且分析了其退火后的变化。     

GCr15轴承钢激光表面熔凝强化的研究

本文研究了 GCr15轴承钢经激光表面熔凝处理后显微组织的变化,讨论了激光表面熔凝的强化机理。激光表面熔凝强化的本质是马氏体的孪晶强化,残余奥氏体的形变强化、碳的固溶强化及枝晶细化强化等。     

TA15合金表面Ni-SiC复合镀层的摩擦磨损性能

采用共沉积法在TA15合金表面制备了Ni-SiC复合镀层, 分析了Ni-SiC复合镀层对基体合金硬度和磨擦磨损性能的影响, 并对其摩擦磨损机制进行了讨论。结果表明: 所制备的Ni-SiC复合镀层组织致密且与基体结合紧密, 硬度明显高于TA15合金基体。摩擦磨损实验结果表明, Ni-SiC复合镀层能为TA15合金提供良好的摩擦磨损抗力, 在相同的摩擦条件下, Ni-SiC复合镀层的磨损率明显低于TA15合金。TA15合金与GCr15球和Al₂O₃球对磨的磨损机制均主要为犁削磨损、粘着磨损, 同时伴随有氧化磨损和轻微的磨粒磨损; Ni-SiC复合镀层与GCr15磨球对磨的磨损机制主要为镀层组织的拔出及GCr15钢球在其表面上的涂抹, 与Al₂O₃磨球对磨时的磨损机制主要为疲劳磨损和削层磨损。     

电弧离子镀TiN薄膜的往复滑动摩擦学行为研究

采用电弧离子镀技术在不锈钢基片上沉积了TiN薄膜,利用显微硬度计测量了薄膜的表面硬度.采用球-盘式摩擦磨损实验机对比研究了基片和薄膜在与GCr15配副的情况下,二者在空气中干磨擦状态下的摩擦磨损性能;利用扫描电镜(SEM)、能量衍射谱仪(EDS)和表面粗糙度台阶轮廓仪对薄膜的磨损区域进行了微观分析.实验结果表明,随着法向载荷和往复速率的增大,薄膜和基体的摩擦系数都减小,但薄膜的摩擦系数始终小于基体的摩擦系数.不锈钢基体与GCr15配副时,基体磨损较大,此时的磨损机制是犁削磨损和磨料磨损;而TiN薄膜与GCr15配副时,薄膜不仅无磨损,而且其表面将形成一层具有润滑作用的移着膜,此时的磨损机制主要是磨料磨损,因此在不锈钢基体上沉积TiN薄膜有利于提高基体的耐磨性.     

离子注入表面摩擦学改性及其应用

离子注入可以改善材料表面的各种性质,而常温离子注入改性层太薄,工件表面的耐磨性及承载能力均较差,随着各种新的离子注入工艺的出现,摩擦学性能有较大的改善.本文从分析离子注入技术的特点着手,综述了离子注入对材料表面硬度、摩擦系数和耐磨性的影响及其作为表面摩擦学改性手段在航空航天、军事和机械等领域中的应用.     

GCr15钢表面激光硼化研究

在已经过常规淬火的GCr15轴承钢表面,利用脉冲Nd∶YAG激光进行了B4C粉末硼化改性处理.采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度仪及摩擦磨损试验仪器对激光硼化处理后改性层的显微组织及性能进行了研究.结果表明:激光硼化改性层由树枝晶的FeB、Fe2B和基体组成,改性层的表面硬度高达HV1560,相比处理前硬度提高了81.8％,硬化层深度约为150μm,磨损率相比处理前降低了67.55％,激光硼化后GCr15钢表面的硬度和耐磨性能显著提高.