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滚动轴承是机械传动系统的核心基础零部件,对高端装备的可靠性和使用寿命至关重要。在水环境下,由于水的粘度低,形成水膜厚度小,导致水膜承载能力低,易发生非流体摩擦工况,这将加速滚动轴承的摩擦磨损,造成滚动轴承材料的过早失效。为提高水环境用滚动轴承材料的减摩、耐磨性能,本文设计并搭建了一台水环境摩擦磨损试验机,利用该试验机对ta-C、Cr-DLC、CrN以及CrAlN薄膜的水环境摩擦学性能展开了重点研究和优选,对优选出的CrN薄膜,又进行了低温制备条件下镀膜工艺参数的优化,并得到在水环境下表现出最佳摩擦学性能的CrN薄膜低温制备工艺,主要结论如下:本文依据滚动轴承工况参数,确定了水环境摩擦磨损试验机的设计参数要求。然后,根据参数要求,使用SoildWorks三维设计软件建立了试验机模型,并通过Ansys有限元分析软件对试验机模型的关键零部件进行仿真分析与优化,完成了试验机的设计。最后,按照试验机设计图纸搭建试验机,搭建完成后,对其进行标定和一系列验证实验。经验证可知,试验机运行良好,测试准确,重现性好,满足设计精度和要求,可实现在水环境下多种摩擦配副形式的摩擦磨损试验。利用多功能离子镀膜沉积系统在GH05合金表面制备ta-C、Cr-DLC、CrN以及CrAlN薄膜,并对GH05合金和四种薄膜进行了水环境的摩擦磨损对比试验,CrN薄膜表现出最好的摩擦学性能,薄膜完好,摩擦系数稳定,摩擦系数平均值为0.256;磨痕深度最小,仅为0.507μm;磨损率最低,仅为3.359×10-10mm3/Nm,比基材GH05合金和其他三种薄膜的磨损率低一至三个数量级。为进一步提高CrN薄膜在水环境中的摩擦磨损性能,采用低温制备技术制备了六种工艺参数的CrN薄膜,并进行了水环境下摩擦磨损对比试验,试验结果表明偏压-60V,靶电流80A制备的CrN薄膜出现局部剥落,偏压-40V,靶电流120A制备的CrN薄膜薄膜完全脱落失效,其他CrN薄膜完好,未出现裂纹和剥落情况。在六种CrN薄膜中,偏压-80V,靶电流100A制备的CrN薄膜的平均摩擦系数最低,仅为0.164,磨损率最小,仅为2.087×10-10mm3/Nm,具有最佳的减摩、耐磨性能,据此优选出的CrN薄膜低温制备的最佳工艺为偏压-80V,靶电流100A。通过上述结果可知,利用自行设计的水环境摩擦磨损试验机优选出的薄膜,可提高滚动轴承材料在水环境下的减摩、耐磨性能。为真空镀膜技术在水环境用滚动轴承的应用提供了有力支撑,对提高水环境下服役装备的可靠性和使用寿命具有重要意义。