《球冠織構表面離子束增強沉積複合薄膜研究》是依託清華大學，由戴興建擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：球冠織構表面離子束增強沉積複合薄膜研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：戴興建
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氣體離心機是鈾濃縮工廠的主要設備，而軸尖-寶石樞軸承是氣體離心機的關鍵部件，研究提高其承載力及磨損壽命的離子注入及離子束表面強化技術對開發具有更高承載力和更長壽命的氣體離心機用軸承具有重要價值。.發展軸尖球冠表面紋理織構新方法，開展織構表面Ti/TiN/TiNxCy/DLC薄膜沉積強化實驗研究，著重提高複合薄膜與碳鋼基體結合強度，研究薄膜基體界面及過渡層的形成機制、膜基結合強度改善的機理。建立離子束對特定幾何、尺寸特徵的紋理表面轟擊作用模型，建立紋理界面結合能計算模型，建立膜/基結合強度分析模型。.利用先進的表面性能顯微分析儀器，描述並評價紋理（螺旋紋、環形波紋及類疲勞點蝕紋）織構表面Ti/TiN/TiNxCy/DLC複合薄膜的物理化學性能和機械性能。探尋軸尖紋理織構球冠表面離子束輔助沉積複合薄膜的最佳化工藝，為離子束表面強化技術套用於氣體離心機部件製造奠定基礎。
結題摘要
軸尖-寶石樞軸承是同位素分離離心機的關鍵部件，研究提高其承載力及磨損壽命的離子注入及離子束表面強化技術對開發具有更高承載力和更長壽命的離心機用軸承具有重要價值。 探索了工具鋼表面微米尺度的點紋、波紋、放射紋理織構的雷射微細加工方法。分析了Ti/TiN/TiNxCy過渡層調製方式對薄膜與基底結合力的作用機制。分析紋理球冠表面薄膜/鋼基界面生成機制，初步建立膜/基界面結合強度分析的理論模型。提出了適合於球冠紋理表面碳鋼表面離子注入、離子束增強沉積TiN及DLC覆膜工藝。 表面鍍膜、織構及表面織構與鍍膜複合處理方式得到軸尖樣品69個，進行了1760小時的磨損測試。建立了軸尖-寶石軸承旋轉磨損試驗專門裝置，提出了變載荷摩擦係數測量新方法，為軸承摩擦學性能提供了判據，測試表明，油浴潤滑軸尖寶石軸承摩擦係數為0.2-0.05。 不同表面紋理參數的多個軸尖的磨合磨損實驗，得到了油浴潤滑條件下寶石樞軸承軸尖靶環狀最佳化織構參數。對沉積TiN薄膜和DLC薄膜的多個樣品進行了的磨損實驗，結果表明選用特定的多層TiN薄膜沉積後樞軸抗磨性能有明顯提升，DLC薄膜因膜-基結合力不足，目前還難以套用於軸尖-寶石軸承。 選用經磨合過程的已織構軸尖進行離子注入和多層TiN薄膜沉積，複合表面處理後的樞軸軸尖表層鍍膜在高速磨損過程中仍得到了很好的保持，同時減緩了表面織構形貌的磨損過程。對複合表面處理的作用機理和效益進行了探討，初步解釋了特定條件下複合表面處理樞軸所表現出的優越性能。 基於大量的磨損表面顯微分析，揭示獲得了軸尖磨損的磨粒磨損、疲勞磨損和粘著磨損的三種機理，並依據磨損進程提出了磨損指數的新概念。 為了解磨損過程中織構化軸尖邊緣部分應力變化規律，採用ANSYS對不同磨合和接觸階段樞軸邊緣結構受到的應力進行了數值計算，分析了隨共型區域擴大磨損進程逐漸變慢的原因。
