695 / 2021-06-24 17:46:35

M50钢表面磁控溅射不同元素掺杂类石墨薄膜高温摩擦学性能研究

航空发动机主轴轴承服役工况恶劣，高转速下由于离心力产生的相对滑动加剧，轴承在短时间内产生巨大热量，极易发生失效。针对上述问题，采用磁控溅射技术在航空发动机主轴轴承常用材料M50钢表面分别沉积Cr掺杂的类石墨薄膜（Cr-GLC）和Ti掺杂的类石墨薄膜（Ti-GLC）。利用扫描电镜（SEM）、拉曼光谱仪（Raman）、纳米压痕仪、划痕测试仪、摩擦磨损试验机等仪器研究了Cr-GLC和Ti-GLC薄膜在不同环境温度下的微观结构、机械性能和摩擦学性能。研究结果表明：随着温度的升高，Cr-GLC薄膜石墨化程度加剧，Cr掺杂对GLC薄膜的石墨化作用更加明显；Cr-GLC和Ti-GLC薄膜的硬度和弹性模量均随着温度的升高而逐渐降低。温度低于250℃时，膜基结合力变化不大，温度继续升高，膜基结合力有所降低；当温度从室温升高至150℃时，这两种薄膜的摩擦系数和磨损率均逐渐升高。在200℃时有所降低，之后随温度的升高又逐渐增大。磨损形式由轻微的磨粒磨损和粘着磨损逐渐转变为严重的磨粒磨损和氧化磨损。在相同工况下，Ti-GLC薄膜具有较低的磨损率，说明其耐磨性能优于Cr-GLC薄膜。
关键词: 磁控溅射；M50钢；元素掺杂；高温环境；摩擦学性能