鈦和氮離子共注入304不銹鋼的摩擦磨損性能研究.pdf

1、304不銹鋼常用于普通化工設(shè)備、食品生產(chǎn)設(shè)備和核能等方面,是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的不銹鋼和耐熱鋼之一。然而,由于304不銹鋼的表面硬度、耐摩擦磨損性能等不能滿足許多較為惡劣環(huán)境下的工業(yè)生產(chǎn)需求,因此對其表面進(jìn)行改性處理顯得尤為重要。本文針對304不銹鋼的摩擦磨損問題進(jìn)行了Ti、N離子注入研究,對其表面硬度和耐磨性進(jìn)行了測試分析,并對摩擦磨損性能提高的原因做出了分析。
　　 Ti和N離子注入304不銹鋼在0.5 N載荷下的表面顯

2、微硬度高于未注入試樣,并隨著注入劑量的增大,其顯微硬度依次增加,其中注入劑量為7×1017 ions/cm2的顯微硬度達(dá)到最大值HV0.02N=320.1 MPa。Ti和N離子注入試樣在載荷為5 N,滑動時間為20 min,滑動轉(zhuǎn)速為500 r/m的干摩擦條件下均具有優(yōu)于未注入304不銹鋼的磨損性能,其中7×1017 ions/cmz劑量下的摩擦系數(shù)達(dá)到最低值0.303,低于未注入樣品的0.403。從磨痕表面SEM觀察分析得出,未注入試

3、樣在5 N載荷下發(fā)生了嚴(yán)重塑性變形,磨痕較寬,出現(xiàn)了明顯的脫落現(xiàn)象,而離子注入試樣的磨痕深度相較寬度減小,磨損量減少約17％。另外試樣表面的磨損機(jī)制也由注入前的磨粒磨損和粘著磨損兩種機(jī)制共存向粘著磨損和氧化磨損轉(zhuǎn)變,這種粘附于劃痕表面的氧化磨損起到了一定的潤滑作用,是高劑量下摩擦系數(shù)波動起伏減小的主要原因。
　　 XRD分析結(jié)果表明,未注入試樣主要由FeCr0.29Ni0.16C0.06相組成,而不同注入劑量下的試樣都檢測到Ti

4、O2氧化物和TiN相,但元素含量存在差異,并隨注入劑量的增加而增多,衍射峰強(qiáng)度也明顯增強(qiáng)。另外,XPS分析結(jié)果表明,注入的Ti元素分別在463.5 eV和457.8 eV出現(xiàn)峰位,分別對應(yīng)TiO2相和TiN相,而由于TiON相與TiO2結(jié)合能峰離得很近,因此不能確定是否此時已形成部分TiON相；注入的N元素分別在399.3 eV和395.9 eV出現(xiàn)了兩個峰位,經(jīng)擬合后分別對應(yīng)于N-O鍵和TiN相,表明304不銹鋼表面形成了一定厚度的T