300m钢离子注cr工艺及改性层性能研究

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1、中图分类号：TG174.445论文编号：102870618-SZ038学科分类号：085204硕士学位论文300M钢离子注Cr工艺及改性层性能研究研究生姓名戴宪军专业类别工程硕士专业领域材料工程指导教师张平则教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologyPreparationandpropertiesofCrm

2、odificationlayeron300MbyionimplantationAThesisinMaterialProcessingEngineeringByXianJunDaiAdvisedbyProfessorPingZeZhangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018南京航空航天大学硕士学位论文摘要300M钢具有强度高、韧性好、疲劳性能优良等优点，是飞机起落架主要用钢，但是3

3、00M钢工件在腐蚀性环境中服役时极易发生腐蚀开裂导致其失效；此外在起落架的固有接触中，对300M钢的硬度耐磨性等力学性能有较高的要求。针对上述问题，本课题采用离子注入技术在300M钢表面进行Cr元素注入，制备Cr改性层，并探究其腐蚀、耐磨性能。本试验取五种不同的离子注入剂量进行工艺试验研究，五种剂量分别为2.38×1016、4.77×1016、9.50×1016、1.40×1017、2.80×1017ions/cm2。采用Trim2008程序模拟离子注入过程，改性层的深度为45nm，在18.2nm处Cr元素含量最高。通

4、过扫描电镜观察，发现离子注入后试样表面划痕减少且划痕深度变浅，表面更加平整；XRD测试表明试样表层存在固溶体及部分化合物析出相，离子注入的固溶强化作用提高了试样的表面强度；由于离子注入的轰击平整作用，300M钢试样表面粗糙度有所降低，但随着离子注入剂量的增加，在300M钢表面析出化合物增多致其表面粗糙度增加。在离子注入剂量为4.77×1017ions/cm2时，Cr元素在合金表层形成固溶体且表面无化合物出现，改性层的显微硬度为829.3HV0.05，相比于300M钢基体(523.2HV0.05)提高了58%，纳米硬度D

5、HT115=761.4比基体提升50.4%，弹性模量达到272Gpa远高于基体的176GPa。通过中性盐雾和电化学试验测试离子注Cr改性层的耐腐蚀性能。100h中性盐雾试验表明改性层的耐蚀性能远远高于基体，Cr元素在试样面生成致密的钝化膜起到保护基体的作用。电化学试验表明Cr改性层的自腐蚀电位大于基体，容抗弧幅值大于基体。当离子注入剂量为4.77×1016ions/cm2时，改性层的耐腐蚀最好，自腐蚀电位最高为-0.084V远大于基体的-6.97V。采用往复式摩擦磨损试验对比分析不同注入剂量、滑动速度、载荷下300M钢

6、基体与离子注Cr改性层的耐磨性。结果显示，300M钢基体的摩擦系数约为0.8，而改性层的摩擦系数为0.2左右，当改性层磨穿后，摩擦系数升到0.6。在载荷为220g滑动速度为3m/min时，离子注Cr剂量为4.77×1016ions/cm2的改性层比磨损率最小为0.259×10-6mm3N-1m-1，仅为基体比磨损率的3%。速度和载荷的增加会使基体产生更加严重的磨损，而对Cr改性层的磨损性能影响不大。在离子注入改性层被破坏后，比注入层深数倍甚至数十倍的“注入影响层”具有比基体更高的耐磨性，因为在试样的摩擦过程中，离子注入

7、层中的过饱和原子不仅会沿着离子注入产生的高密度位错管道移动扩散，还会因为接触摩擦应力不断产生新的密集的位错网络，而向深处扩散，因此随着摩擦磨损的进行，Cr元素不断扩散，大大提高了300M钢基体的耐磨性。关键词：离子注入技术，Cr改性层，300M钢，中性盐雾，电化学，摩擦磨损i300M钢离子注Cr工艺及改性层性能研究ABSTRACT300Msteelhastheadvantagesofhighstrength,goodtoughness,excellentfatigueproperties,whichisthemainl

8、andinggearsteel,but300Msteeliseasytobecorrodedwhenitworkedinacorrosiveenvironment.Inaddition,intheinherentcontactofthelandinggear,thereisahigherrequirementfortheperfo