貧鈾及其Ti-TiN多層涂層的切向微動(dòng)磨損性能研究.pdf

1、金屬鈾因其獨(dú)特的材料特性和核性能而應(yīng)用于核電站設(shè)備和核武器裝置。為滿足工程設(shè)計(jì)中的連接和結(jié)構(gòu)需求，鈾在使用過程中難免會(huì)與其他材料發(fā)生接觸。尤其在運(yùn)輸或服役過程中接觸界面間會(huì)受到不同頻率的振動(dòng)，從而發(fā)生極小位移幅值的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致表面發(fā)生微動(dòng)損傷。微動(dòng)損傷會(huì)誘發(fā)材料表面局部疲勞裂紋萌生與擴(kuò)展，使服役壽命顯著低于常規(guī)疲勞。因此，開展貧鈾切向微動(dòng)磨損的研究，不僅對(duì)核電站設(shè)備和核武器裝置中鈾的抗微動(dòng)損傷提供理論指導(dǎo)，也對(duì)認(rèn)識(shí)和深化

2、微動(dòng)損傷機(jī)理有重要作用。
　　本文利用多弧離子鍍?cè)谪氣櫥w上制備了Ti/TiN多層涂層，并借助掃描電鏡(SEM)、俄歇電子能譜(AES)、X射線衍射(XRD)等分析了多層涂層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。采用球/平面接觸方式，在MFT-6000設(shè)備上開展了貧鈾及其Ti/TiN多層涂層的切向微動(dòng)磨損性能研究，利用光學(xué)顯微鏡(OM)、SEM及配置的能譜儀(EDX)、白光干涉儀等對(duì)磨痕進(jìn)行微觀分析，并結(jié)合Ft-D曲線，系統(tǒng)揭示了貧鈾及其Ti/TiN多層

3、涂層的微動(dòng)損傷機(jī)理和運(yùn)行行為，得出了以下結(jié)論:
　　(1) Ti/TiN多層涂層表面是由許多大小均一的顆粒組成，且涂層表面結(jié)構(gòu)致密無孔隙和微裂紋。Ti/TiN多層涂層截面有明顯的多層結(jié)構(gòu)和層間界面，涂層厚度為2.27μm，楊氏模量為471.55Gpa。
　　(2)隨著位移幅值的增加，貧鈾及Ti/TiN多層涂層的微動(dòng)運(yùn)行區(qū)域從彈性變形協(xié)調(diào)的部分滑移區(qū)轉(zhuǎn)變成塑性變形的部分滑移區(qū)，再到完全滑移區(qū)。磨痕輪廓也從表面輕微壓痕變?yōu)椤癢”

4、型，再到“U”型。摩擦系數(shù)隨時(shí)間變化分為三個(gè)階段，即起始、上升和穩(wěn)定階段，穩(wěn)定階段的摩擦系數(shù)值隨著位移幅值的增加而增加。當(dāng)位移幅值為50μm和100μm時(shí)，多層涂層被完全破壞，基體露出且磨痕邊緣的涂層呈現(xiàn)出片層狀破壞。位移幅值的變化會(huì)顯著影響磨損量，尤其是當(dāng)微動(dòng)從部分滑移區(qū)向滑移區(qū)轉(zhuǎn)變時(shí)，磨損量增加最明顯。在100μm時(shí)，Ti/TiN多層涂層的磨損量相對(duì)于基體降低了近2個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　(3)當(dāng)載荷為10N時(shí)，Ti/TiN多層涂層的