為了提高空間固體潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承耐磨壽命，采用全方位離子注入和磁控濺射技術(shù)對(duì)空間固體潤(rùn)滑軸承用9Cr18材料進(jìn)行耐磨減摩表面改性研究。首先對(duì)9Cr18不銹鋼試樣表面注入N+、Ti+、Ti+ +N+，對(duì)離子注入后試樣采用磁控濺射技術(shù)沉積MoS2-Ti薄膜。通過測(cè)試注入前后試樣粗糙度及硬度，評(píng)價(jià)不同注入離子及無離子注入不同基底材料下濺射MoS2-Ti薄膜的附著力、真空摩擦學(xué)、薄膜磨損率等性能。結(jié)果表明離子注入通過提高9Cr18不銹鋼基底硬度，能夠提高復(fù)合改性后9Cr18不銹鋼材料真空摩擦學(xué)性能20%。

　　9Cr18不銹鋼由于具有優(yōu)異的防銹蝕能力，并且具有強(qiáng)度高，耐磨損的特點(diǎn)，因此被大量應(yīng)用于空間固體潤(rùn)滑軸承加工。隨著后續(xù)我國空間探索任務(wù)不斷深入，空間機(jī)構(gòu)產(chǎn)品壽命不斷提高，要求空間固體潤(rùn)滑軸承轉(zhuǎn)數(shù)滿足后續(xù)應(yīng)用壽命不斷提高的需求。現(xiàn)有濺射MoS2-Ti固體潤(rùn)滑軸承在壽命后期磨損通常表現(xiàn)為溝道磨損，通過離子注入與濺射技術(shù)復(fù)合表面改性，提高溝道表面硬度、耐磨性及抗疲勞性能，是延長(zhǎng)固體潤(rùn)滑軸承空間使用壽命的解決方案之一。

　　僅采用離子注入工藝在軸承溝道進(jìn)行表面改性，雖然提高了表面硬度，但真空干摩擦下摩擦副間摩擦系數(shù)較大，導(dǎo)致軸承運(yùn)轉(zhuǎn)摩擦力矩波動(dòng)大，不利于精密固體潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承平穩(wěn)運(yùn)行，適用于高速油潤(rùn)滑軸承應(yīng)用。本研究中采用離子注入的方式，提高軸承溝道基底強(qiáng)度及耐磨性，再采用濺射方法沉積MoS2-Ti固體潤(rùn)滑薄膜，在保證摩擦副間低摩擦系數(shù)前提下，延長(zhǎng)固體潤(rùn)滑軸承真空耐磨壽命。

　　近年來國內(nèi)外開展了大量9Cr18不銹鋼材料耐磨改性研究，本文主要針對(duì)不銹鋼材料采用離子注入與濺射復(fù)合表面改性在真空下固體潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承的應(yīng)用開展研究。

　　1、試驗(yàn)

　　1.1、試樣制備

　　試樣采用9Cr18試環(huán)，尺寸為Φ32 mm×10mm。試樣經(jīng)過淬火、研磨、拋光等預(yù)處理，表面粗糙度Ra達(dá)到0.08μm，表面硬度58～60HRC。采用成都同創(chuàng)材料表面新技術(shù)工程中心研制的復(fù)合離子注入設(shè)備。Ti+ 由磁過濾脈沖金屬真空弧等離子體源產(chǎn)生，N+ 由射頻等離子體源產(chǎn)生，MoS2-Ti薄膜由中頻磁控濺射靶與磁過濾脈沖金屬真空弧等離子體源復(fù)合沉積。離子注入時(shí)工件臺(tái)連接負(fù)高壓脈沖電源，在沉積過程中切換為偏壓電源。系統(tǒng)原理圖如圖1所示，沉積MoS2-Ti薄膜工藝為MoS2靶功率2×4kW，Ti金屬離子源主弧電壓70V，偏壓-100V。離子注入工藝見表1。

圖1　離子注入沉積系統(tǒng)示意圖

表1　離子注入工藝參數(shù)

　　1.2、試驗(yàn)方法

　　本研究用Taylor Hobson公司的CCI Lite型表面輪廓儀對(duì)離子注入前后的試樣進(jìn)行表面粗糙度測(cè)試。注入層硬度測(cè)試使用瑞士CSM 公司的納米硬度測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。MoS2-Ti薄膜試樣的附著力使用瑞士CSM 公司的納米劃痕測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，真空摩擦學(xué)性能測(cè)試使用瑞士CSM 公司的真空球盤摩擦試驗(yàn)機(jī)，并對(duì)真空球盤摩擦試驗(yàn)后的試樣使用表面輪廓儀計(jì)算其溝道磨損量。

　　3、結(jié)論

　　采用離子注入與濺射復(fù)合技術(shù)對(duì)9Cr18不銹鋼軸承材料進(jìn)行耐磨減摩處理，注入試樣明顯較無注入試樣真空耐磨壽命長(zhǎng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用離子注入技術(shù)，通過提高摩擦副表面硬度及薄膜附著力，能夠延長(zhǎng)改性后9Cr18不銹鋼材料真空耐磨壽命20%。