脉冲电子束辐照银层形态演化机制及高温摩擦性能

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1、硕士学位论文脉冲电子束辐照银层形态演化机制及高温摩擦性能SILVERLAYER’SMORPHOLOGYEVOLUTIONMECHANISMBYMEASOFPULSEDELECTRONBEAMIRRADIATIONANDITSFRICTIONPROPERTIESINTHECONDITIONOFHIGHTEMPERATURE周红哈尔滨工业大学2015年6月83国内图书分类号：TG178学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学硕士学位论文脉冲电子束辐照银层形态演化机制及高温摩擦性能硕士研究生：周红导师

2、：唐光泽副教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TG178U.D.C:620DissertationfortheMasterDegreeinScienceSILVERLAYER’SMORPHOLOGYEVOLUTIONMECHANISMBYMEASOFPULSEDELECTRONBEAMIRRADIATIONANDITSFRICTIONPROPERTIESINTHECONDITIONOFHIGHTEMPE

3、RATURECandidate：ZhouHongSupervisor：AssociateProf.TangGuangzeAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈

4、尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要运动副在高温、高接触应力条件下的固体润滑是目前高端技术装备发展所面临的严峻挑战。银层在高温时具有良好的固体润滑性能，同时具有结构简单、易制备、高温稳定性好的特点，是一种理想的高温固体润滑材料。传统方法制备的银层膜基结合力低，重载条件下易剥落，从而限制其在高温重载条件下的应用。电子束合金化技术是通过具有高能量密度的电子束轰击到样品表面，产生高温熔化形成冶金结合，提高基体与银层的结合力，解决银层在高温重载下的润滑问题。本文分别研究了三种不同工艺下制备银固体润滑层的组织结构及高温性能：

5、第一种工艺为直接在M50钢的表面进行磁控溅射沉积银层；第二种工艺为首先采用低能脉冲电子束辐照技术对M50基体进行预清洁，随后进行银层沉积；第三种工艺为M50基体进行电子束预清洁后沉积银层，最后对银层表面进行强流脉冲电子束辐照处理。研究了电子束辐照后银层表面形态演化机制。由SEM图像可得电子束辐照后的银层表面形貌大致可分为三类：完整连续覆盖、网状、分散状球形形貌。一定厚度银层在高能量密度以及多次辐照条件下会产生熔化及蒸发损失，随着银层剩余量的由多到少，银的形态会由完整连续向分散球形结构转变。银层表面形成的主要驱动

6、力为表面能，表面能最低的状态为银层最稳定状态。在高温(400/500/600℃)以及高接触应力(2.0/2.5/3.0/3.5GPa)条件下进行银层摩擦磨损试验。结果表明：M50基体直接进行磁控溅射沉积得到的银层在高温、高载条件下由于膜基结合力较差在磨损初期即大面积剥落；基体进行电子束辐照清洁后沉积银层的润滑寿命较长，银层润滑寿命随着载荷和温度的增加而降低，随着厚度的增加而延长，同时膜基结合力提升，银层不会产生剥落；基体进行低能电子束辐照预清洁后沉积银层，继续进行高能电子束辐照的银层润滑寿命最长。银层的磨损机制

7、为重载下摩擦副与银层的作用力产生的挤压作用将银转移到磨痕外侧，M50基体逐渐显露，最终银层失效。最终结果表明：采用脉冲电子束辐照技术可有效提高银层在高温重载条件下的润滑寿命。关键词：电子束辐照；银层；形态演化；高温摩擦性能；磨损机制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractNowadays,itisagreatchallengeinthedevelopmentofhigh-endtechnologyandequipmentsthathowtosolvethesolidlubricationproble

8、msofjointsworkingintheconditionsofhightemperatureandhighcontactstress.Silverlayerisanidealsolidlubricanthasasithasgoodlubricatingpropertiesathightemperatures.Alsoithassimplestructures,easytoprep