脉冲直流等离子体增强化学气相沉积Ti—Si—N纳米薄膜的摩擦磨损特性

采用工业型脉冲等离子体增强化学气相沉积设备，通过调节氯化物混合比例控制薄膜成分，在高速钢基材表面于550℃下沉积由纳米晶TiN和纳米非晶Si3N4组成的Ti—Si—N复合薄膜；采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪及X射线光电子能谱仪分析了薄膜的结构、组成和化学状态；采用球-盘高温摩擦磨损试验机考察了薄膜同GCrl5钢对摩时的摩擦磨损性能．结果表明：薄膜的Si含量在0％～35％范围内变化，随着Si含量增大，薄膜沉积速率增大，但薄膜由致密形态向大颗粒疏松态过渡；薄膜的晶粒尺寸为7～50nm；Ti—Si—N薄膜的显微硬度高于TiN的硬度，最高可达60GPa；引入少量Si可以显著改善TiN薄膜的抗磨性能，但薄膜的摩擦系数较高(室温下约0．8、400℃下约0．7)；随着Si含量的增加，Ti—Si—N薄膜的耐磨性能有所降低，其原因在于引入导电性较差的Si元素使得薄膜的组织变得疏松．     

磁控溅射制备BCN薄膜纳米力学和摩擦磨损行为的研究

利用直流磁控溅射技术制备三元BCN薄膜，通过改变N2／Ar流量比（0．0～0．3）得到不同含氮量的薄膜．采用X射线光电子能谱仪和傅立叶红外光谱仪分析薄膜的成分和结构，采用纳米压入仪分析薄膜的纳米力学性能和纳米摩擦磨损特性，分别采用连续刚度测量法和横向力测量法测试薄膜的硬度和划痕行为．结果表明：薄膜中氮含量随N2／Ar流量比增加而增大并趋于稳定；反应气体中的氮优先与硼结合生成B—N键，当N2／Ar流量比超过一定值后，部分氮与碳结合生成C=N键；薄膜的纳米硬度和弹性模量随薄膜中氮含量的增加而下降；BCN薄膜的划痕深度与薄膜的结构密切相关，而摩擦系数受薄膜结构的影响不明显；在相同载荷下薄膜的划痕深度随薄膜中氮含量增加而增大；对于同一试样，薄膜在未破裂之前摩擦系数基本保持在0．10左右，薄膜破裂后摩擦系数迅速增至0．46．     

磁控溅射和脉冲直流化学气相沉积Ti-Si-N薄膜摩擦磨损性能对比研究

分别利用磁控溅射和脉冲直流化学气相沉积(PCVD)技术制备了Ti-Si-N薄膜，测定了2种Ti-Si-N薄膜的显微硬度，并采用球一盘式高温摩擦磨损试验机对比考察了其高温摩擦磨损性能．结果表明，当薄膜中Si含量(原子分数)约为10％时，2种薄膜的显微硬度达到最大值；2种Ti-Si-N薄膜的耐磨性能同其硬度之间不存在对应关系，其中采用PCVD方法制备的Ti-Si-N薄膜的高温抗磨性能较优；2种薄膜在高温下的摩擦系数均有所降低，这归因子高温下氧化膜的润滑作用。     

非平衡磁控溅射沉积MoS2-Ti复合薄膜结构与磨擦摩损性能研究

采用非平衡磁控溅射法制备出不同Ti含量的MoS2-Ti复合薄膜并对其结构进行表征,采用显微硬度仪测量MoS2-Ti复合薄膜的显微硬度,在球-盘摩擦磨损试验机上评价其在大气中的摩擦磨损性能.结果表明:不同Ti含量的MoS2-Ti复合薄膜呈岛状生长模式,断面呈致密细柱状,结晶状态均为无定形态;薄膜的显微硬度随Ti含量增加而升高;MoS2-Ti复合薄膜在大气中的摩擦磨损性能优于MoS2薄膜,掺杂适当Ti可以使MoS2-Ti复合薄膜的摩擦曲线波动减小,耐磨寿命提高,在本试验研究范围内,含30%Ti复合薄膜的耐磨寿命最长,当Ti掺杂量达到50%时MoS2-Ti复合薄膜失去润滑性能.     

磁控溅射沉积高承载、低摩擦MoS_2/Ti复合薄膜

采用磁控溅射技术制备了不同Ti含量的Mo S2/Ti复合薄膜,利用SEM、AFM、纳米压痕仪、XRD和CSM摩擦试验机分析了复合薄膜的结构、力学和摩擦学性能.结果表明:复合薄膜结构致密,表面光滑平整,且具有较高的硬度,Ti含量较低的Mo S2/Ti复合薄膜呈现以(002)基面为主的择优取向;在大气环境下,赫兹接触应力为2.5 GPa的摩擦工况下,Ti含量较低的Mo S2/Ti复合薄膜的摩擦系数低至0.02,磨损率低至10-17m3/(N·m)数量级,呈现出高承载、低摩擦、耐磨损的优异摩擦学性能.这是由于Ti的掺杂一方面提高了复合薄膜的力学和抗氧化性能,另一方面复合薄膜的(002)基面取向对其摩擦磨损性能发挥了重要作用.     

MoS2基复合薄膜制备及其结构与摩擦学性能研究

利用多靶磁控溅射法制备MoS_2基系列复合薄膜,通过扫描电子显微镜、X-ray衍射、拉曼光谱对薄膜微观形貌及晶体结构进行表征,利用纳米压入表征薄膜硬度及弹性模量,通过微动摩擦磨损试验对比分析了该系列薄膜在大气环境下的润滑性能.研究结果表明:MoS_2薄膜中复合C、Ti元素可有效抑制薄膜生长过程中柱状结构的形成,薄膜更为致密;复合薄膜的摩擦系数及磨损率显著降低.其中,MoS_2+C+Ti三元复合薄膜硬度为7.43 GPa,其弹性模量及弹性恢复量分别为98.1 GPa和61.7%.在大气环境(RH 35%~50%)下,法向载荷10 N时MoS_2+C+Ti薄膜具有最低的磨损率4.67×10–17 m~3/(N·m),该薄膜在不同载荷的微动摩擦试验中均具有最好的承载力.     

石墨对三氧化二铝/铜金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金技术制备了Al2O3／Cu石墨复合材料；采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了石墨对Al2O3／Cu基金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能和硬度的影响；采用扫描电子显微镜分析了复合材料磨损表面形貌．结果表明：Al2O3／Cu基复合材料的摩擦系数随石墨含量的增加而降低，当石墨含量大于1.0％后，摩擦系数降低明显；当石墨含量低于3％时，Al2O3／Cu基复合材料的磨损体积损失随石墨含量的增加而降低；当石墨含量低于2．0％时，石墨对Al2O3／Cu基复合材料的硬度无明显影响；当石墨含量超过3．0％后，Al2O3／Cu基复合材料的硬度随石墨含量的增加迅速降低；此外，石墨使得Al2O3／Cu基复合材料磨损表面的微裂纹减少、裂纹长度缩短；当石墨含量达到2．5％时，复合材料磨损表面微裂纹消失．这是由于石墨在磨损表面形成固体润滑膜，从而降低摩擦力并减少裂纹源所致．     

氮化钛沉积膜的摩擦性能研究

采用等离子电弧沉积法在9Crl8钢表面制备了厚约0．5μm的TiN薄膜，通过显微硬度测试以及纳米压痕和纳米划痕试验，对比考察了9Crl8钢及其表面T|N薄膜的机械和摩擦性能．结果表明，9Crl8钢及其表面T．N沉积膜的纳米硬度分别为8GPa和38GPa，弹性模量分别为250GPa和580GPa，9Crl8、TiN和有机薄膜的摩擦系数分别为0．40、0．12和0．10；TiN沉积膜可显著提高基体钢的承载和耐磨能力．     

相结构对氮化钛硼薄膜摩擦磨损性能的影响

采用直流非平衡磁控溅射系统在单晶硅片表面制备TiBxNy薄膜,采用X射线衍射仪和X射线光电子能谱议测定TiBxNy薄膜的相结构和成分,采用销-盘式摩擦磨损试验机研究TiBxNy薄膜的滑动干摩擦磨损性能,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪表征薄膜的磨痕表面结构及其化学特征.研究表明:TiBxNy薄膜的相结构与N含量有关,在TiB0.65薄膜中加入N能够促使纳米晶TiN的形成;薄膜的摩擦系数和磨损率与其相结构有关,随着薄膜中TiN的体积分数增加,摩擦系数增大,磨损率降低;当薄膜中N含量约为37at.%时,TiN的体积分数和摩擦系数最高,磨损率最低;增加N含量促使h-BN相形成,且h-BN相的体积分数随N含量的增加而增大,h-BN相的形成降低了摩擦系数,增加了磨损率;在摩擦过程中磨屑发生氧化而生成钛的氧化物TiO、Ti2O3、TiO2以及少量硼(B)的氧化物.     

粉煤灰填充聚氯乙烯复合材料的摩擦学特性研究

用热压方法制备了不同粉煤灰粒度及含量的聚氯乙烯(PVC)复合材料，在MM—200型环—块摩擦磨损试验机上评价了复合材料同淬火45^#钢在干摩擦条件下对摩时的摩擦磨损性能，用扫描电子显微镜及光学显微镜观察分析磨损表面．结果表明：当粉煤灰质量分数为40％时，填充PVC复合材料的硬度最高，相应的磨损率最低，比纯PVC的磨损率低2个数量级以上；粉煤灰粒度越小，复合材料的硬度越高，耐磨性越好．     

熔渗烧结Ti_3SiC_2陶瓷材料的摩擦磨损性能研究

采用熔渗烧结技术制备Ti3SiC2陶瓷材料,利用XRD-7000型X射线衍射仪、INSTRON-1195型电子万能试验机、HST-100型销-盘式摩擦磨损试验机和JSM-6700F型扫描电子显微镜对Ti3SiC2陶瓷烧结试样的相成分、抗弯强度、带电干摩擦条件下的摩擦磨损性能进行了试验分析.结果表明:随着烧结试样中Ti3SiC2含量的增加,材料的抗弯强度增大,摩擦系数与磨损率降低,材料表现出良好的摩擦学性能,磨损机制以黏着磨损为主.当Ti3SiC2质量分数达到76%左右时,材料抗弯强度开始明显增加;摩擦系数与磨损率明显减小.     

第二相颗粒对快速凝固Al-Ti合金滑动磨损性能的影响

研究了快速凝固Ａｌ－Ｔｉ合金的宏观滑动磨损和微观磨粒磨损性能．结果表明，随第二相颗粒体积分数的增大及颗粒尺寸的减小，合金的耐磨性提高．当颗粒尺寸一定时，合金的耐磨性随第二相颗粒体积分数的增大呈线性提高．由于载荷的增加使显微切削的发生几率变大，因此第二相颗粒体积分数对Ａｌ－Ｔｉ合金耐磨性的改善程度随施加载荷的增加而减小．     

Ti(C,N)基金属陶瓷磨损机理的研究

研究了Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）基金属陶瓷的磨损特性,结果表明,其摩擦学性能优良,耐磨性随占结相Ｎｉ的增加而降低,在干摩擦下其磨损机理同为粘着磨损及硬质相剥落,随Ｎｉ含量的减少,金属陶瓷的粘着减轻,在油润滑条件下,金属陶瓷的磨损机理是犁削及硬质相剥落。     

纳米碳管/铝基复合材料的制备及摩擦磨损性能研究

利用粉末冶金法制备纳米碳管/铝基复合材料,研究不同纳米碳管含量对复合材料硬度和稳态摩擦磨损行为的影响,采用扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面形貌,并对其磨损机制进行探讨.结果表明:随着纳米碳管质量分数的增加,复合材料的硬度呈现先增大而后减小的趋势,含质量分数为2%的纳米碳管复合材料硬度比铝增加约80%;复合材料的摩擦系数逐渐降低,磨损率先减小而后增大;含质量分数为1%的纳米碳管复合材料磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,而含质量分数为2%的纳米碳管复合材料以剥层磨损和疲劳磨损为主.     

基金属陶瓷磨损机理的研究

研究了     

玻璃纤维增强尼龙1010复合材料的摩擦学性能研究

利用ＷＺＭ－１微型注塑机制备了玻璃纤维增强尼龙复合材料,在环－块摩擦磨损试验机上考察了玻璃纤维含量和试验条件下对其摩擦学性能的影响,并利用扫描电子显微镜对其磨损机理进行了分析。结果表明：在给定试验条件下玻璃纤维含量对复合材料的摩擦学性能有显著影响,玻璃纤维质量分数介于２５％～３０％之间时增强效果较好;复合材料的摩擦系数随载荷的增加而下降,达到最小值后,又随载荷的增加而持续上升;其磨损质量损失则随载荷的增加而持续增大,复合材料的磨损以粘着磨损为主,随载荷的增加转变为以玻璃纤维的破坏和磨平为主。     

挡板尺寸对电弧离子镀TiAlN涂层微观结构和摩擦学性能的影响

利用电弧离子镀技术,采用Ti50Al50合金靶,在304不锈钢基体上沉积TiAlN涂层.在Ti50Al5合金靶和基体挂架中间设置直径分别为80、100和120 mm圆形挡板,并与无挡板沉积的TiAlN涂层对比,采用SEM/EDS、XRD研究挡板尺寸对涂层微观结构、成分的影响,通过显微硬度计、划痕仪和摩擦磨损试验研究挡板尺寸对TiAlN涂层力学性能及摩擦学性能的影响.结果表明：随着挡板尺寸增大,TiAlN涂层中Ti含量逐渐降低,Al含量逐渐升高,涂层表面熔滴数量显著减少,沉积速率降低.增大挡板尺寸后,涂层硬度下降,膜基结合力减小.添加挡板后TiAlN涂层表面凹坑缺陷增多,摩擦系数增大,与无挡板的TiAlN涂层相比,耐磨性显著提高.     

Al-TiO2-B2O3反应体系中B2O3/TiO2摩尔比对热扩散反应合成铝基复合材料磨损性能的影响

利用Al-TiO2-B2O3体系热扩散反应合成(XD)法制备了铝基复合材料;采用销-盘摩擦磨损试验机考察了所制备的铝基复合材料在干摩擦条件下同GCr15钢配副时的磨损性能;采用扫描电子显微镜和光学金相显微镜观察分析了复合材料微观组织结构及其磨损表面和剖面形貌,探讨了其磨损机理.结果表明:所制备的铝基复合材料的磨损性能随Al-TiO2-B2O3反应体系中B2O3/TiO2摩尔比的增加而提高;复合材料的磨损质量损失随着滑动速度的增加而增加,当滑动速度为0.9 m/s左右时最大,随后开始减小;磨损质量损失与滑动距离基本呈线性关系.当B2O3/TiO2摩尔比为0.0时,增强相由Al2O3和Al3Ti组成,相应的复合材料的抗磨性能较差,其磨损主要表现为Al3Ti的犁沟切削、亚表层剥落、塑性基体流失导致Al2O3颗粒裸露脱落以及Al3Ti棒断裂导致的磨粒磨损;加入B2O3后,棒状Al3Ti的数量减少,有利于基体晶粒细化,提高复合材料强度和塑性,故抗磨性能提高.当B2O3/TiO2摩尔比为1.0时,复合材料中的Al3Ti基本消失,抗磨性能显著改善,主要磨损机制为粘着磨损和轻微磨粒磨损.     

小牛血清边界润滑条件下西佛碱铜配合物改性超高分子量聚乙烯往复摩擦磨损行为

采用自行研制的往复摩擦磨损试验机,在小牛血清边界润滑条件下,研究了含5wt%?10wt%?15wt.%乙二胺缩水杨醛西佛碱(Schiffbase)铜(Ⅱ)配合物的改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)与钛合金(Ti6Al4V)配副的往复摩擦磨损性能.利用扫描电子显微镜及白光共焦三维轮廓仪观察其磨损表面形貌,采用EDS和XPS分析磨损表面的主要元素组成及其价态,并探讨其磨损机理.结果表明:在15%质量分数范围内,随乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物加入量的增加,改性UHMWPE与钛合金配副的摩擦系数逐步降低,耐磨性逐步提高;磨损机制均为三体磨料磨损.