高氮不锈钢表面发黑膜的制备及摩擦磨损性能研究

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1、硕士学位论文高氮不锈钢表面发黑膜的制备及摩擦磨损性能研究PREPARATIONOFBLACKFILMONHIGHNITROGENSTAINLESSSTEELANDRESEARCHONITSFRICITIONANDWEARPROPERTIES程露哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB31学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文高氮不锈钢表面发黑膜的制备及摩擦磨损性能研究硕士研究生：程露导师：马欣新教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInd

2、ex:TB31U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONOFBLACKFILMONHIGHNITROGENSTAINLESSSTEELANDRESEARCHONITSFRICITIONANDWEARPROPERTIESCandidate：ChengLuSupervisor：Prof.MaXinxinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsofEngineeringAffiliation：Schoolof

3、MaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要轴承作为国家重大技术装备的关键部件，在汽车、机械制造、轨道交通、航天航空、军工等众多行业中的应用十分广泛；其性能、精度、寿命都影响着主机的正常运转及安全可靠性，因此保证轴承用钢的性能与安全使用性起到了至关重要的作用。高氮不锈钢由于优越的强硬度、韧性、耐蚀和耐高温的特点使其成为高性能轴承制备的最佳“候选钢材”。为了满足低速重

4、载无油润滑条件的使用要求，论文从表面处理角度出发，期望开发一种轴承用高氮马氏体不锈钢表面处理工艺，优化高氮马氏体不锈钢表面，形成具有减磨作用的保护膜。论文采用发黑技术在不锈钢基体上制备的化学转化膜，对不同参数下的薄膜通过SEM、XRD分析其成分结构，通过纳米压痕仪、划痕仪、摩擦磨损测试仪以及摩擦磨损试验机测试了不同参数下薄膜的硬度、结合强度和摩擦系数；并探究了工艺参数对薄膜结构和性能的影响首先对比分析磷化膜和发黑膜的结合力、物相等，选用发黑的方法对不锈钢表面进行处理，通过正交试验来优化参数，得到一个最优的配方：H2SO4300mL/L,CrO360g/L,H3PO440m

5、L/L,MnSO440g/L,NH3NO440g/L。发黑时间40min，发黑温度90℃。通过SEM可以看到发黑膜微观形貌比较致密，晶粒之间存在明显的晶界，而且在晶界处弥散分布着细小的第二相颗粒；对涂层进行成分分析，可以得知第二相颗粒由铬的碳化物组成，涂层表面主要是由铁的氧化物组成。涂层厚度大约在10μm左右。对涂层进行物相分析，可得知涂层主要是由FeO、FeO/MnO络合物和MnO2组成。发黑膜与基体之间的结合力良好，但是纳米硬度比基体低，而且随着发黑时间的增加，纳米硬度呈现下降的现象。随着处理温度升高，涂层硬度降低，表面形貌上晶界更加分明。涂层表面发黑膜可以显著降低基

6、体表面的摩擦系数，主要是因为发黑膜硬度低，剪切强度低，有很好的减磨性。涂层制备温度和时间对摩擦系数都有很明显的影响，当处理温度为90℃、时间为50min时，涂层摩擦系数最低，磨损量最少。在不同转速下，涂层摩擦系数随着转速的增加而增大，磨痕处发生磨粒磨损和氧化磨损；在低载荷范围内，涂层摩擦系数随着加载的增大而减小；摩擦磨损随着时间的增加一开始发生氧化磨损和磨粒磨损，接着会发生粘着磨损。关键词：高氮不锈钢；发黑膜；微观组织；硬度；摩擦系数-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractAsakeycomponentofthecountry'smajortechnicale

7、quipment,bearingsarewidelyusedinmanyindustriessuchasautomotive,machinerymanufacturing,railtransportation,aerospace,military,etc.Theirperformance,accuracy,andlongevityallaffectthenormaloperationandsafetyandreliabilityofthehost.Therefore,itiscrucialtoensuretheperforma