為了提高空間固體潤滑滾動軸承耐磨壽命，采用全方位離子注入和磁控濺射技術對空間固體潤滑軸承用9Cr18材料進行耐磨減摩表面改性研究。首先對9Cr18不銹鋼試樣表面注入N+、Ti+、Ti+ +N+，對離子注入后試樣采用磁控濺射技術沉積MoS2-Ti薄膜。通過測試注入前后試樣粗糙度及硬度，評價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、薄膜磨損率等性能。結果表明離子注入通過提高9Cr18不銹鋼基底硬度，能夠提高復合改性后9Cr18不銹鋼材料真空摩擦學性能20%。

　　9Cr18不銹鋼由于具有優(yōu)異的防銹蝕能力，并且具有強度高，耐磨損的特點，因此被大量應用于空間固體潤滑軸承加工。隨著后續(xù)我國空間探索任務不斷深入，空間機構產品壽命不斷提高，要求空間固體潤滑軸承轉數(shù)滿足后續(xù)應用壽命不斷提高的需求。現(xiàn)有濺射MoS2-Ti固體潤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復合表面改性，提高溝道表面硬度、耐磨性及抗疲勞性能，是延長固體潤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，導致軸承運轉摩擦力矩波動大，不利于精密固體潤滑滾動軸承平穩(wěn)運行，適用于高速油潤滑軸承應用。本研究中采用離子注入的方式，提高軸承溝道基底強度及耐磨性，再采用濺射方法沉積MoS2-Ti固體潤滑薄膜，在保證摩擦副間低摩擦系數(shù)前提下，延長固體潤滑軸承真空耐磨壽命。

　　近年來國內外開展了大量9Cr18不銹鋼材料耐磨改性研究，本文主要針對不銹鋼材料采用離子注入與濺射復合表面改性在真空下固體潤滑滾動軸承的應用開展研究。

　　1、試驗

　　1.1、試樣制備

　　試樣采用9Cr18試環(huán)，尺寸為Φ32 mm×10mm。試樣經過淬火、研磨、拋光等預處理，表面粗糙度Ra達到0.08μm，表面硬度58～60HRC。采用成都同創(chuàng)材料表面新技術工程中心研制的復合離子注入設備。Ti+ 由磁過濾脈沖金屬真空弧等離子體源產生，N+ 由射頻等離子體源產生，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合沉積。離子注入時工件臺連接負高壓脈沖電源，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、試驗方法

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

　　3、結論

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