CrN基微纳米固体润滑复合膜的成膜机理与摩擦学性能研究

为满足未来军用高功率密度发动机活塞环表面涂层性能的需求，本课题拟通过多弧离子镀Cr-Mo-N复合膜与低温离子渗硫复合处理技术相结合，制备一种新型的CrN基微纳米固体润滑复合膜，即由CrN、MoN等陶瓷硬相与MoS2软相相互镶嵌而成的一种 "混凝土结构"。本课题围绕研究CrN基微纳米固体润滑复合膜的成膜机理，硫化前后的相结构变化，复合膜的组织结构与界面效应，Mo浓度对微纳米固体润滑复合膜摩擦学性能的影响问题，复合膜的摩擦磨损机理及其模型，及该微纳米固体润滑复合膜的实际应用效果等展开深入研究。.课题研究成功，将为开创军用高功率密度发动机活塞环新一代的表面处理技术奠定基础，同时可进一步丰富和发展在极端条件下摩擦学的内涵，为解决一些苛刻工况下的摩擦副润滑难题提供新的技术支持。

针对未来军用高功率密度发动机传统的电镀Cr活塞环摩擦学性能差，使用寿命低且污染严重的问题，采用磁控溅射与低温离子渗硫复合处理技术相结合，制备一种新型的CrN基微纳米固体润滑复合膜，来替代Cr电镀层。课题主要研究了CrN基微纳米固体润滑复合膜的成膜机理和摩擦磨损机理，并对该微纳米固体润滑复合膜的实际应用效果等展开深入研究。. 研究结果表明，CrMoN复合膜膜层致密平整，其主要相结构为CrN和MoN；随着Mo含量的增加，复合膜逐渐由Cr+CrN转变为CrN+MoN相，同时膜层的择优取向由（111）向（220）转变。采用复合镀渗技术，即对磁控溅射制备的CrMoN复合膜进行低温离子渗硫处理，得到不同Mo含量的CrMoN/MoS2固体润滑复合膜，并对其成分、显微组织结构、力学性能等进行测试分析，发现渗硫后的CrN/MoS2复合膜粗糙度进一步降低，晶粒细化程度更为明显，CrMoN/MoS2复合膜主要由Cr、Mo、N、S四种元素组成。随着Mo含量的增加，CrMoN/MoS2复合膜渗硫层的厚度也随之增加，其渗硫产物主要为MoS2润滑相。CrMoN/MoS2复合膜的主要相结构为CrN、MoS2、MoN及少量Mo单质，其结构为 (Cr,Mo)N硬相中嵌入了大量MoS2多晶软相，形成了新型的“混凝土”结构薄膜。. 采用CETR滑动摩擦磨损试验机和SRV高温摩擦磨损试验机，对比研究了CrMoN/MoS2微纳米固体润滑复合涂层和其他涂层，结果表明CrMoN/MoS2微纳米固体润滑复合膜具有最优的抗滑动摩擦磨损性能和摩擦副匹配性能，且抗干摩擦性能优于CrN薄膜和CrMoN复合膜。