針對機床導軌類曲面，通過表面鍍制TiNi 合金薄膜來提高其耐磨性。TiNi 晶態薄膜在干摩擦下雖具有優異的耐磨性，有效降低粘著磨損，但TiNi 薄膜的摩擦系數偏大，一般在0.4 ～0.6 的范圍內。本文采用兩種不同氧化處理工藝實現TiNi薄膜的氧化處理，利用球-盤式摩擦實驗機考察了干摩擦條件下氧化處理后TiNi 薄膜的摩擦學性能，并對鍍膜滾動直線導軌滾道的防護性能作了初步研究。結果表明: 兩種表面氧化處理后的TiNi 薄膜在干摩擦條件下均有明顯的減摩耐磨效應； 表面氧化處理后TiNi 薄膜的摩擦系數均穩定在0.17 ～0.19，比未氧化處理的TiNi 薄膜摩擦系數低60%左右； 加熱氧化處理的TiNi 薄膜表面只出現了微壓痕，未見粘著及薄膜剝落，而陽極氧化處理TiNi 薄膜出現輕微的粘著痕跡，轉移膜呈現片狀。兩種氧化處理的TiNi 薄膜都能顯著降低表面磨損，但加熱氧化處理后TiNi 薄膜的耐磨性能優于陽極氧化； 加熱氧化處理后的鍍膜導軌具有良好的耐磨性，減輕了滾動直線導軌滾道的損傷。

　　滾動直線導軌作為機械傳動機構中的精密定位部件，已廣泛應用于數控機床、工業機器人、液晶/半導體制造、醫療器械及光機電等設備中。當前滾動直線導軌研究主要涉及到幾何結構、剛度、預緊力等，也有從滾動體保持器優化、滾動體降噪、自潤滑技術等方面著手提高其高速運動性能，對運動精度也有探討。滾動導軌中導軌與鋼球一般均采用GCr15 材料，摩擦配副采用相同的材料，易發生粘著磨損。以摩擦學材料設計為出發點，通過選擇不同材料構成摩擦副或者在現有的摩擦副材料間增加減摩耐磨層，可改善系統的摩擦學性能。TiNi 形狀記憶合金以其獨特的形狀記憶效應、超彈性和耐磨性而作為機敏摩擦學材料，但其減摩性往往不好。針對導軌滾道的曲面，焦艷等采用磁控濺射的方法將TiNi 合金以薄膜的形式沉積在導軌摩擦滾道，有效降低磨損，摩擦系數偏大(一般在0.4 ～0.6 的范圍內) 。

　　本文采用兩種不同氧化工藝實現TiNi 薄膜的氧化處理。利用球-盤式摩擦實驗機考察了干摩擦條件下表面氧化處理后TiNi 薄膜的摩擦學性能，并鍍制到導軌表面，期望提高導軌的減摩耐磨性能，從而提高其傳動和定位精度。

1、試驗部分

　　1.1、薄膜制備及表面氧化處理

　　采用FJL520 高真空磁控濺射與離子束復合濺射設備制備TiNi 薄膜。基體材料為GCr15 盤，直徑30 mm，厚度5 mm。鍍膜前基體材料表面預先用砂紙打磨并拋光至表面粗糙度約為0.15 μm，用丙酮超聲波清洗10 min 后進行干燥處理。靶材為直徑60 mm 的Ti-50. 9%( 原子比) Ni 合金盤，爐溫控制在550 ± 5℃內，TiNi 薄膜制備工藝參數見表1。所得薄膜厚度約為1.5 μm。采用納米壓入儀測得薄膜的彈性模量為51.27 GPa，硬度為2.18 GPa。

表1 磁控濺射在GCr15 基體上制備TiNi 薄膜的工藝參數

　　TiNi 薄膜采用兩種不同氧化處理工藝實現薄膜表面氧化，具體氧化處理工藝流程見表2。采用D8 ADVANCE型X 射線衍射( XRD) 儀測試薄膜晶化度，采用JEOL JSM-6700F 型場發射掃描式電子顯微鏡( SEM) 測量制備的TiNi 氧化薄膜表面各元素含量分布。采用上述制備薄膜的方法在導軌表面制備TiNi薄膜。靶材為直徑60 mm 的Ti-50.9%Ni 合金盤，鑒于導軌長度(190 mm) 遠大于靶材直徑，為實現其表面薄膜均勻沉積，設計專用夾具將導軌固定在轉盤( 直徑為400 mm) 上，鍍膜過程中計算機控制轉盤勻速轉動，擺角大小保證整個導軌長度均在靶材濺射范圍內，具體鍍膜工藝參數見表3。經TR200 表面粗糙度儀測試帶有臺階的薄膜，所得薄膜厚度在1 ～2 μm 范圍內。

表2 TiNi 薄膜表面氧化工藝

表3 磁控濺射在導軌上制備TiNi 薄膜的工藝參數

　　在自制的精密導軌往復運動試驗臺上進行鍍膜導軌實驗。試驗臺運動控制部分采用限位開關控制其運動行程，穩壓電源通過改變電壓值控制電機轉速變化。利用基于Visual Basic 開發的上位控制系統對導軌往復運動狀態進行在線監測，對控制元件進行手動測試和對往復行程數及運行時間進行自動計數。實驗運行工況為干摩擦，穩定運行時的運動速度為2 m/min，加載砝碼為6 kg，有效運動行程為90 mm，總的往復周數約為8000 周。采用數位顯微鏡KEYENCE VH-Z450 觀測鍍膜導軌在摩擦實驗后的表面形貌。

　　1.2、銷盤摩擦實驗

　　摩擦副采用球-盤對磨形式。考察在干摩擦條件下，TiNi 合金薄膜經表面氧化處理后的摩擦學性能。摩擦配副為GCr15 鋼球(Φ6 mm，800 Hv) ，鋼球在丙酮超聲波清洗10 min 后經SEM(500 × ) 檢查，保證表面無微觀缺陷。實驗過程中選擇接觸壓力為240 MPa 進行試驗，滑動速度為25 mm/s。試驗前所有試樣均用丙酮超聲清洗10 min，并用吹風機吹干。每組實驗運行時間為1000 s，環境溫度為22℃，相對濕度為58%。采用SEM(S-3000N) 觀察磨損表面形貌，采用C130 型真實色共聚焦顯微觀測薄膜的磨痕寬度。

3、結論

　　本文采用兩種不同工藝對TiNi 薄膜進行氧化處理，并將TiNi 合金薄膜應用于導軌表面，得到如下結論：

　　(1) 兩種表面氧化后的TiNi 薄膜在干摩擦條件下均有明顯的減摩效應，表面氧化處理后TiNi 薄膜的摩擦系數均穩定在0.17 ～0.19，比未經氧化TiNi薄膜的低60%左右；

　　(2) 加熱氧化處理的TiNi 薄膜表面出現了微壓痕，未見粘著及薄膜剝落。陽極氧化處理TiNi 薄膜可見輕微的粘著痕跡，轉移膜呈現片狀。兩種氧化處理TiNi 薄膜都能顯著降低表面磨損，但加熱氧化處理后TiNi 薄膜的耐磨性能優于陽極氧化；

　　(3) 加熱氧化處理后的鍍膜導軌具有較好的耐磨性，減輕了滾動直線導軌滾道的損傷。