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金属铀因其独特的材料特性和核性能而应用于核电站设备和核武器装置。为满足工程设计中的连接和结构需求,铀在使用过程中难免会与其他材料发生接触。尤其在运输或服役过程中接触界面间会受到不同频率的振动,从而发生极小位移幅值的相对运动,这种相对运动会导致表面发生微动损伤。微动损伤会诱发材料表面局部疲劳裂纹萌生与扩展,使服役寿命显著低于常规疲劳。因此,开展贫铀切向微动磨损的研究,不仅对核电站设备和核武器装置中铀的抗微动损伤提供理论指导,也对认识和深化微动损伤机理有重要作用。本文利用多弧离子镀在贫铀基体上制备了 Ti/TiN多层涂层,并借助扫描电镜(SEM)、俄歇电子能谱(AES)、X射线衍射(XRD)等分析了多层涂层的结构和性质。采用球/平面接触方式,在MFT-6000设备上开展了贫铀及其Ti/TiN多层涂层的切向微动磨损性能研究,利用光学显微镜(OM)、SEM及配置的能谱仪(EDX)、白光干涉仪等对磨痕进行微观分析,并结合Ft-D曲线,系统揭示了贫铀及其Ti/TiN多层涂层的微动损伤机理和运行行为,得出了以下结论:(1)Ti/TiN多层涂层表面是由许多大小均一的颗粒组成,且涂层表面结构致密无孔隙和微裂纹。Ti/TiN多层涂层截面有明显的多层结构和层间界面,涂层厚度为2.27μm,杨氏模量为471.55Gpa。(2)随着位移幅值的增加,贫铀及Ti/TiN多层涂层的微动运行区域从弹性变形协调的部分滑移区转变成塑性变形的部分滑移区,再到完全滑移区。磨痕轮廓也从表面轻微压痕变为"W"型,再到"U"型。摩擦系数随时间变化分为三个阶段,即起始、上升和稳定阶段,稳定阶段的摩擦系数值随着位移幅值的增加而增加。当位移幅值为50μm和100μm时,多层涂层被完全破坏,基体露出且磨痕边缘的涂层呈现出片层状破坏。位移幅值的变化会显著影响磨损量,尤其是当微动从部分滑移区向滑移区转变时,磨损量增加最明显。在1OOμm时,Ti/TiN多层涂层的磨损量相对于基体降低了近2个数量级。(3)当载荷为10N时,Ti/TiN多层涂层的微动运行区域属于滑移区,而贫铀基体为混合区,说明涂层可以改变微动运行区域。当载荷继续增加时,基体和涂层的微动运行均处于部分滑移区。载荷为20N时,基体和涂层的二维轮廓均呈现为"W"型,说明磨痕的接触中心有凸起的黏着区。载荷为100N时,基体和涂层的磨痕表面仅有轻微压痕,中心黏合区增大,接触边缘有微滑磨损区且堆积有少量黑色磨屑。在不同载荷条件下,多层涂层的磨痕面积、最大磨痕深度、磨损量和磨损率均比贫铀更低。