AISI304钢表面低电压等离子体基离子注入层摩擦磨损性能研究

采用高频低电压等离子体浸没离子注入（ＨＬＰＩＩＩ）技术对ＡＩＳＩ３０４不锈钢表面进行了氮离子注入处理;用球－盘摩擦磨损试验机考察了注入处理后钢表面改性层的摩擦磨损性能;用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、俄歇电子能谱仪（ＡＥＳ）和Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）考察了改性层的相组成、Ｎ元素的深度分布及磨损机理。研究结果表明：ＨＬＰＩＩＩ处理能够显著提高样品的摩擦学性能,且其摩擦学性能对温度有较大的依赖性,４００℃下处     

W6Mo5Cr4V2钢氮离子注入表面改性层的摩擦学性能

对 W6 Mo5 Cr4V2钢进行氮离子注入 ,用销 -盘式摩擦磨损试验机考察了钢表面注入改性层的摩擦磨损性能 ;用扫描电子显微镜、俄歇电子能谱仪及微区 X射线衍射仪等考察了改性层的相组成、氮元素沿注入层深度方向的浓度分布及磨损机理 .结果表明 ,离子注入处理后钢表面显微硬度提高、残余压应力增大、表面粗糙度降、注入层中形成了大量细小弥散分布的硬质析出相ε- Fe2 - 3 N、Cr N及β- Cr2 N等 ,从而改善了材料的摩擦学性能 ,并导致磨损机理发生变化 .正交试验结果表明 ,氮离子注入对 W6 Mo5 Cr4V2钢摩擦学性能的改善程度与注入能量和注入剂量不成正比 ,注入参数存在最佳值 ,最佳注入能量为 10 0 ke V,注入剂量为 4× 10 1 7ions/cm     

铝合金表面等离子体基离子注入碳层的摩擦学性能

在LY12铝合金氮等离子体基离子注入的基础上，制备了3种含不同中间层的碳改性层，用X射线光电子能谱仪分析了改性层的成分分布，考察了中间层对改性层同钢球对摩时的摩擦学性能的影响．结果表明：所制备的碳层改性层表层为平整、光滑、致密的类金刚石碳膜，在界面上注入的碳与中间层反应生成连接化合物，从而使得其表面硬度及摩擦学性能大幅度提高；中间层使改性层结构、厚度及表面形貌发生变化，进而对其表面硬度及摩擦学性能产生影响，其中以注钛后注氮钛中间层所对应的改性层摩擦学性能最佳；但随载荷增加，改性层加速减薄，摩擦学性能降低．     

氮离子注入GCrl5轴承钢的摩擦磨损性能研究

作者利用多种表面测试手段对不同条件下的氮离子注入GCr15轴承钢的摩擦学性能进行了研究,发现其表面形貌、表层残余应力、显微硬度、微观组织结构和摩擦磨损性能均与未注入材料的不同。并且指出,由于离子注入引起了表面粗糙度的降低,表层残余应力的增大和表面显微硬度的提高,以及注入层氮化物的形成,所以摩擦磨损机理也发生了变化。试验结果表明,摩擦力和磨损量的降低最高分别可达67％和83％。     

离子液体/织构化类金刚石碳复合润滑薄膜的构筑及其摩擦学性能的研究

分别采用激光织构、磁控溅射和浸渍-提拉技术在单晶硅片表面成功构筑了具有离子液体纳米薄膜的织构化类金刚石碳复合润滑薄膜,采用三维轮廓仪和SEM观察了织构化类金刚石碳表面,通过X射线光电子能谱证实了织构化类金刚石碳膜表面离子液体纳米薄膜的存在,并利用微摩擦试验机重点考察和理论分析了这种复合润滑薄膜在较大和微载荷下的摩擦学性能.研究结果表明:这种离子液体/织构化类金刚石碳复合润滑薄膜在微载荷下能够有效地缩短磨合时间、降低摩擦系数,然而其在小载荷下摩擦学性能欠佳.     

蛇纹石润滑油添加剂摩擦反应膜的力学特征与摩擦学性能

文中考察了变载、变速条件下表面修饰蛇纹石超细粉体作为矿物基础油添加剂的摩擦学性能,利用扫描电镜、能谱仪、纳米压痕仪等对比分析了蛇纹石添加剂形成的摩擦反应膜和基础油润滑下的磨损表面微观形貌、元素分布及微观力学性能.在此基础上,通过改变旋转滑动试验过程中的载荷/速度比,建立了基础油/摩擦反应膜和基础油/普通磨损表面润滑体系的Stribeck曲线.结果表明:蛇纹石超细粉体作为润滑油添加剂形成的摩擦反应膜具有较高的硬度和近似于金属材料的弹性模量,氧化物颗粒的嵌入进一步改善了摩擦反应膜的微区纳米力学性能,同时膜层的多孔结构可起到储油和捕获磨粒的双重作用,从而使摩擦反应膜在边界和混合润滑状态下表现出优异的摩擦学性能.     

摩擦表面无机保护膜摩擦学研究进展

就化学热处理表面无机化合物改性层以及润滑油添加剂在摩擦表面形成的摩擦化学反应膜的摩擦学研究现状进行了总结；分析了润滑油添加剂同化学热处理表面相互作用研究的重要性及其对低摩擦、长寿命复合材料制备科学和技术研究的促进作用；指出通过化学热处理可以在材料表面形成由无机化合物组成的表面改性层，从而有效地提高材料的承载和抗磨能力；而润滑油添加剂通过摩擦化学作用亦可在摩擦表面形成主要由无机化合物构成的表面保护膜，从而大幅度地提高摩擦副的减摩抗磨性能，并延长其服役寿命．从摩擦学特别是摩擦学表面改性领域的发展趋势来看，摩擦表面无机保护膜制备技术研究将成为减轻机械设备摩擦磨损和提高其使用寿命的主流热点．     

摩擦学研究的发展概况与趋势

本文简要地综述了近年来摩擦学研究(包括摩擦与磨损的机理、润滑力学、材料与润滑剂、表面技术与工程和摩擦学设计等方面)取得的进展,并就摩擦学研究各领域的发展趋势作了预测。作者特别强调在今后的摩擦学研究中应当注意下述几个方向:摩擦学研究已从传统的力学向材料科学与技术转移;适合于高温应用的或具有低摩擦长寿命的摩擦学材料和润滑剂;磁记录和微型机械的微观摩擦学及纳米级材料摩擦学;摩擦学设计和摩擦学知识的转移。     

基体偏压对反应磁控溅射ZrN/α-SiNx纳米多层薄膜结构及性能的影响

采用中频磁控溅射技术在3种偏压条件下(0、-80、-300V)于AISI 440C钢及单晶Si(100)基体表面制备了ZrN/α-SiNx纳米多层薄膜.通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析表征了各纳米多层薄膜微观组织结构,并通过纳米压入仪与真空球-盘摩擦试验机分别测试了各薄膜力学及真空摩擦学性能.重点研究了基体偏压对ZrN/α-SiNx纳米多层薄膜微观组织结构,进而对其力学及摩擦学性能的影响机制.结果表明:较低的基体偏压会导致纳米多层薄膜中ZrN层差的结晶状态,而较高的基体偏压则易于引起ZrN层与SiNx层层间界面的交混.上述两种薄膜组织及结构的变化均不利于该纳米多层薄膜力学及摩擦学性能的改善.在适宜的偏压条件下(-80 V),ZrN/d-SiNx薄膜呈现出具备良好层间界面的晶体/非晶体纳米多层结构,与其他偏压条件制备的纳米多层薄膜相比,该薄膜表现出更好的力学及摩擦学性能.     

环氧树脂表面金属离子注入改性层的摩擦学性能研究

以 3种剂量 (2× 10 1 5 ions/cm2 、1× 10 1 6 ions/cm2 及 1× 10 1 7ions/cm2 )分别对环氧树脂进行 Al、Ti和 Fe离子注入处理 ,采用 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机考察了注入改性层的摩擦学性能 ,采用傅立叶变换红外光谱仪分析离子注入前后环氧树脂表面基团及其键合方式 .结果表明 :3种金属离子注入处理后环氧树脂的耐磨性均显著提高 ,摩擦系数降低 ;其中 Al离子注入处理的摩擦学改性效果最好 ;对应于环氧树脂最小磨损体积损失的不同金属离子的注入剂量亦不同 .红外光谱分析结果表明 :经 Al离子注入后 ,环氧树脂表面保持微量的吸附水 ;同时其表面发生了脱氢及氧化等作用 ,形成了新的化学基团 ,且其立体网状交联程度提高 ,这使得离子注入处理后环氧树脂的减摩耐磨性能得以明显改善 .     

单晶硅表面等离子体基离子注入碳纳米薄膜的摩擦学特性

用等离子体基离子注入(PBII)技术在单晶硅表面制备了碳纳米薄膜,考察了薄膜在不同载荷及速度下同Si3N4球对摩时的摩擦学性能,并采用扫描电子显微镜观察分析了磨痕表面形貌.结果表明,所制备的碳纳米薄膜光滑致密,为高硬度富弹性的类金刚石碳(DLC)膜,薄膜通过C-Si键合作用而同硅片表面形成牢固结合,且成分及结构呈现某种梯度变化特征,单晶硅经改性后摩擦学性能大幅度改善:在低载荷(0.5 N)下其耐磨寿命达3 h以上,摩擦系数处于0.10～0.30之间,磨痕不明显;在高载荷(4 N)下其耐磨寿命及摩擦系数(0.03～0.20之间)均明显降低.这是由于较高载荷或滑动速度导致DLC薄膜石墨化加剧所致.     

局部表面纳米化双层嵌套式金属薄壁吸能结构的数值模拟和设计

基于局部表面纳米化技术,设计了一种双层嵌套式金属薄壁吸能结构。在表面纳米化技术对金属力学性能影响的研究基础上,优化了环向交错式和连续式条纹局部表面纳米化布局,得到了双层嵌套式方管吸能结构设计方案和吸能参数。结果表明,表面纳米化对材料的屈服极限提升显著,所设计的局部纳米化双层嵌套式方管吸能结构的比吸能可提高57.1%。同时也证实局部表面纳米化是一种有效的吸能提升技术。     

Defect nucleation in SOI wafers due to hydrogen ion implantation

Hydrogen ion implantation in the Smart-Cut production process leads to fracture of Si–Si bonds, formation of microcavities and splitting of a single-crystal silicon wafer. In the present paper, an analysis model for defect nucleation induced by hydrogen ion implantation is established based on the continuum mechanics theory accounting for the crystal structure of silicon. Using this model and probability theory, an analytical expression is derived to calculate the defect density as a function of the hydrogen ion implantation dose and the temperature.     

塑料表面改性对其摩擦学性能影响

论述了采用离子注入、气相沉积、激光熔敷和等离子喷涂等表面改善塑料摩擦学性能方面的研究现状和进展,分析了塑料表面离子注入改性的机理,指出采用合适的表面改性工艺可有效地提高塑料表面的硬度并进而提高其耐磨性,从而进一步延长塑料的使用寿命 ,扩大其段А     

等离子体沉积碳氟聚合物薄膜的纳米摩擦性能研究

利用原子力显微镜研究了感应等离子体刻蚀加工过程中单晶硅表面形成的不同厚度的碳氟聚合物薄膜的纳米摩擦特性，并针对几种不同的摩擦模式探讨了原子力显微镜探针在不同厚度的碳氟聚合物薄膜表面的摩擦行为．结果表明，同硅基体相比，聚合物薄膜的摩擦力信号明显较弱，薄膜的纳米摩擦特性同其厚度密切相关；碳氟聚合物薄膜在同Si3N4针尖接触过程中可向针尖表面转移，从而对针尖起修饰作用，以减轻微观摩擦磨损．     

纯钛与Ti6Al7Nb合金氮离子注入层在小牛血清溶液中的扭动微动磨损试验研究

文中主要研究了纯钛、Ti6A17Nb基体以及经过氮离子注入后的改性层的扭动微动磨损行为.氮离子注入采用高能离子注入机及增强沉积系统,加速电压为50 kV,注入剂量分别为1×l017、5×1017和9×1017cm-2.采用球/平面接触模式,对纯钛和Ti6Al7Nb合金/(Zr2O球(直径为25.2 mm),接触副在小牛血清介质条件下进行了纯钛和Ti6Al7Nb合金及其改性层的了扭动微动磨损试验.借助X衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、三维形貌仪(3D)和扫描电镜(SEM)分析了两种材料及其改性层的化学成分、微动磨损磨痕形貌和微观组织结构,探讨了纯钛和Ti6Al7Nb合金基材和改性层的扭动微动运行行为和损伤机制.研究结果表明:用氮离子注入方法处理钛及其合金,生成的氮化物层能够改善材料表面的综合性能,提高其扭动微动磨损的耐磨性.纯钛和Ti6Al7Nb基体的磨损现象为氧化和剥落,其离子注入层的磨损现象为犁沟.     

等离子体浸没离子注入与沉积合成碳化钛薄膜的摩擦磨损性能研究

将等离子体浸没离子注入与沉积及射频辉光放电技术相结合，在GCr15轴承钢基体表面制备了碳化钛薄膜，考察了注入脉冲宽度和工作气体压力对薄膜性能和化学组成的影响；利用X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度计、多功能摩擦磨损试验机和电化学腐蚀试验装置表征了薄膜试样的相组成、显微硬度、摩擦磨损性能和抗腐蚀性能．结果表明，注入脉冲宽度和工作气体压力对薄膜性能及其组成具有显著影响；GCr15钢经改性处理后抗磨性能和抗腐蚀性能显著改善．这是由于基体表面形成了硬质且致密的TiC薄膜改性层所致。     

纳米磨料对硅晶片的超精密抛光研究

采用均相沉淀法制备了纳米CeO2和纳米Al2O3超细粉体,将所制备的超细粉体配制成抛光液并用于硅晶片化学机械抛光,考察了纳米磨料对硅晶片抛光效果及抛光机理的影响.结果表明,纳米CeO2磨料的抛光效果优于纳米Al2O3磨料,采用纳米CeO2磨料抛光硅晶片时可以得到在1μm×1μm范围内微观表面粗糙度Ra为0.089nm的超光滑表面,且表面微观起伏较小.     

表面纳米化中碳钢在干摩擦条件下的摩擦磨损性能研究

采用高能喷丸方法对45#钢进行表面纳米化处理,在环-盘摩擦磨损试验机上评价表面纳米化处理45#钢与T10钢摩擦副在干摩擦条件下的摩擦磨损试验,通过分析其磨损表面形貌探讨表面纳米化对中碳钢磨损行为的影响.结果表明:在载荷为10～60 N条件下,表面纳米化中碳钢的摩擦系数较处理前有所降低;在载荷为10～40 N时,其磨损质量损失较处理前有所降低;表面纳米化能够减弱中碳钢的疲劳磨损效应,提高中碳钢的摩擦磨损性能.     

离子束表面改性及其在摩擦学中的应用

本文对离子束表面改性的各种方法和技术水平及其在摩擦学中的应用进行了综述,讨论了为使这种技术更加广泛地应用于实际摩擦学体系还必须研究的一些问题。大量文献资料表明,离子注入是改善材料摩擦学性能的一种有效方法。离子束辅助涂层是新近发展起来的一种离子束表面改性技术,包括离子束增强沉积或离子束辅助沉积、离子束混合和离子束反冲注入。利用它可以制得0.05到几个微米厚的涂层。由于界面的相互扩散混合,离子束辅助涂层能更强地与底材结合,并且常比物理或化学气相沉积的涂层更密实。作者认为,离子束技术今后将在两个相关领域中发展,即直接的离子注入和离子辅助涂层,并且指出离子补助涂层技术将拓宽离子束技术在摩擦学中的应用范围。