貧鈾及其Ti-TiN多層涂層的切向微動磨損性能研究.pdf

1、金屬鈾因其獨特的材料特性和核性能而應用于核電站設備和核武器裝置。為滿足工程設計中的連接和結(jié)構(gòu)需求，鈾在使用過程中難免會與其他材料發(fā)生接觸。尤其在運輸或服役過程中接觸界面間會受到不同頻率的振動，從而發(fā)生極小位移幅值的相對運動，這種相對運動會導致表面發(fā)生微動損傷。微動損傷會誘發(fā)材料表面局部疲勞裂紋萌生與擴展，使服役壽命顯著低于常規(guī)疲勞。因此，開展貧鈾切向微動磨損的研究，不僅對核電站設備和核武器裝置中鈾的抗微動損傷提供理論指導，也對認識和深化

2、微動損傷機理有重要作用。
　　本文利用多弧離子鍍在貧鈾基體上制備了Ti/TiN多層涂層，并借助掃描電鏡(SEM)、俄歇電子能譜(AES)、X射線衍射(XRD)等分析了多層涂層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。采用球/平面接觸方式，在MFT-6000設備上開展了貧鈾及其Ti/TiN多層涂層的切向微動磨損性能研究，利用光學顯微鏡(OM)、SEM及配置的能譜儀(EDX)、白光干涉儀等對磨痕進行微觀分析，并結(jié)合Ft-D曲線，系統(tǒng)揭示了貧鈾及其Ti/TiN多層

3、涂層的微動損傷機理和運行行為，得出了以下結(jié)論:
　　(1) Ti/TiN多層涂層表面是由許多大小均一的顆粒組成，且涂層表面結(jié)構(gòu)致密無孔隙和微裂紋。Ti/TiN多層涂層截面有明顯的多層結(jié)構(gòu)和層間界面，涂層厚度為2.27μm，楊氏模量為471.55Gpa。
　　(2)隨著位移幅值的增加，貧鈾及Ti/TiN多層涂層的微動運行區(qū)域從彈性變形協(xié)調(diào)的部分滑移區(qū)轉(zhuǎn)變成塑性變形的部分滑移區(qū)，再到完全滑移區(qū)。磨痕輪廓也從表面輕微壓痕變?yōu)椤癢”

4、型，再到“U”型。摩擦系數(shù)隨時間變化分為三個階段，即起始、上升和穩(wěn)定階段，穩(wěn)定階段的摩擦系數(shù)值隨著位移幅值的增加而增加。當位移幅值為50μm和100μm時，多層涂層被完全破壞，基體露出且磨痕邊緣的涂層呈現(xiàn)出片層狀破壞。位移幅值的變化會顯著影響磨損量，尤其是當微動從部分滑移區(qū)向滑移區(qū)轉(zhuǎn)變時，磨損量增加最明顯。在100μm時，Ti/TiN多層涂層的磨損量相對于基體降低了近2個數(shù)量級。
　　(3)當載荷為10N時，Ti/TiN多層涂層的