[發明專利]一種提高M50NiL軸承鋼表面摩擦學性能的方法

有效

• 申請號: 201810354246.7
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108411244B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 李澤清;何衛鋒;張虹虹;聶祥樊;徐雷;張廣安;李應紅
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C8/22
• 分類號: C23C8/22;C23C8/80;C21D1/18;C23C14/34;C23C14/16;C23C14/06;C23F17/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開一種提高M50NiL軸承鋼表面摩擦學性能的方法，屬于材料表面改性技術領域，采用真空脈沖滲碳技術對M50NiL軸承鋼基材表面進行滲碳和高溫回火處理；然后進行淬火和回火處理；去除M50NiL軸承鋼基材的表面白亮層；通過多靶非磁控濺射技術對M50NiL軸承鋼基材表面沉積結合層鉻金屬層、Cr→GLC梯度層和GLC基固體潤滑薄膜，本發明方法將表面滲碳技術和非平衡磁控濺射技術相結合，一方面，通過滲碳技術對M50NiL軸承鋼表面進行強化，為GLC基固體潤滑薄膜提供良好的支撐；另一方面，利用非平衡磁控濺射技術制備具有良好自適應性和摩擦學性能的GLC基固體潤滑膜，顯著提高M50NiL軸承鋼表面的減摩抗磨性能。

技術領域

本發明涉及材料表面改性技術領域，具體為一種提高M50NiL軸承鋼表面摩擦學性能的方法。

背景技術

M50NiL鋼是20世紀80年代成功研制的新一代高溫高強度軸承鋼，廣泛應用于第三代航空發動機主軸軸承，關于其在抗疲勞特性方面已有了大量研究，但關于其表面減摩抗磨性能的論述并不多。目前，我國航空軸承主要采用油、脂潤滑以減小摩擦，并利用表面滲碳技術以提高軸承摩擦表面機械性能和抗磨能力。

隨著航空技術和機械工業的快速發展，航空發動機不斷向大推重比、長壽命和高可靠性方向發展，同時對航空主軸滾動軸承的轉速、工作溫度、承載能力等指標也提出了更高的要求。目前，傳統的油、脂潤滑在低于300℃、低載荷環境中，才能發揮良好的潤滑性能，因此航空軸承在溫度升高、發動機起動/停止、工作模式轉換及惡劣工況等條件下，軸承內圈和滾動體不可避免發生摩擦磨損，導致軸承磨損失效。航空發動機主軸軸承一旦磨損失效，很可能造成軸承卡死，嚴重的甚至導致發動機抱軸、斷軸等災難性后果，不僅會造成嚴重的經濟損失，還可能導致災難性的人員傷亡和惡劣的社會影響。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種提高M50NiL軸承鋼表面摩擦學性能的方法，提高M50NiL軸承鋼表面的減摩抗磨性能，降低軸承摩擦失效的風險。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種提高M50NiL軸承鋼表面摩擦學性能的方法，包括如下步驟：

步驟S1，采用真空脈沖滲碳技術對M50NiL軸承鋼基材表面進行滲碳和高溫回火處理；

步驟S2，將步驟S1中得到的M50NiL軸承鋼基材進行淬火和回火處理；

步驟S3，去除步驟S2中得到的M50NiL軸承鋼基材的表面白亮層；

步驟S4，采用多靶非磁控濺射技術對步驟S3中得到的M50NiL軸承鋼基材表面沉積結合層鉻金屬層、Cr→GLC梯度層和GLC基固體潤滑薄膜。

可選的，步驟S1中，真空脈沖滲碳時，每個滲碳周期包括一段強滲碳過程(通入乙炔氣體)和一段擴散過程(停止充氣并抽真空)，其中，擴散過程的時間為強滲碳過程時間的4倍，滲碳溫度為890～920℃，優選900℃，滲碳時間為5.8～6.2h，優選6h，滲碳后進行兩次高溫回火，回火溫度為700～750℃，優選700℃，保溫時間為410～430min，優選420min。

可選的，步驟S1中，M50NiL軸承鋼基材的滲碳深度約1.5mm；滲碳后表面硬度達7.5GPa。

可選的，步驟S2中，淬火時，保溫溫度為1050℃～1110℃，保溫85～95min后淬火，優選90min后淬火；

在-70℃冷處理60min，在530～550℃下回火處理175～185min，優選180min，重復進行一次-70℃冷處理和回火處理。

可選的，步驟S3中，去除M50NiL軸承鋼基材表面的白亮層，并進行磨削和拋光，使表面粗糙度不大于0.05μm。

可選的，步驟S4包括：