离子液体添加剂对硬脂酸钾固体润滑薄膜摩擦磨损性能的影响

采用浸渍-提拉方法在单晶硅片上制备硬脂酸钾以及添加离子液体的硬脂酸钾复合薄膜,采用DF-PM型静-动摩擦磨损试验机考察薄膜在低速滑动条件下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜和X射线能量散射谱仪观察分析薄膜及其偶件表面的磨损形貌及典型元素面分布.结果表明:在相对低速滑动条件下,在羟基化硅基底上制备的复合薄膜的摩擦磨损性能优于硬脂酸钾薄膜;在载荷为1.0 N条件下,含离子液体质量分数40.0%的复合薄膜的耐磨寿命超过5 000次,而硬脂酸钾薄膜仅为100次左右;随着复合薄膜中离子液体含量增加,复合薄膜更容易在偶件钢球表面形成有效转移薄膜,使复合薄膜摩擦磨损性能得以提高.     

氮化钛硬质薄膜在不同种类润滑油下的摩擦学性能研究

采用球-盘摩擦试验机分别考察了氮化钛硬质薄膜与轴承钢和氮化硅陶瓷组成的摩擦副在不同种类润滑油条件下的摩擦学性能,并表征了其磨痕表面形貌与元素成份.结果显示:与Ti N硬质薄膜干摩擦性能相比,润滑油可显著降低摩擦系数,延长磨损寿命,且具有较长烷基碳链的润滑油性能较优;当上试球材料不同时,其油润滑条件下的性能亦不同.相同润滑油条件下,氮化硅球作为摩擦副时,其润滑性能优于轴承钢球.磨痕表面形貌及能谱分析结果表明:具有较长烷基碳链的润滑油在摩擦副研磨滑动过程中起到油性剂的作用,而短碳链硅油分子结构中含有氯元素,虽通过摩擦化学反应生成边界润滑膜,但不完整致密,以致短时间内润滑失效.     

用等离子体增强化学气相沉积技术制备类金刚石碳薄膜的摩擦磨损性能研究

利用射频-直流等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上沉积类金刚石碳薄膜,采用激光拉曼光谱仪和原子力显微镜对薄膜的结构和表面形貌进行表征,采用纳米压痕仪测定薄膜的硬度,并用UMT型微摩擦磨损试验机考察了薄膜在不同试验条件下的摩擦磨损性能.结果表明:所制备的类金刚石碳薄膜表面光滑致密且硬度较高;在干摩擦条件下与GCr15钢球或Al2O3球配副时显示出良好的减摩抗磨性能,摩擦系数较低,耐磨寿命较长,而在水润滑条件下同Al2O3球配副时发生灾难性磨损.     

氮气气氛条件下钢/铜摩擦副的摩擦磨损特性研究

利用MMS-1G型销-盘式高温高速摩擦磨损试验机研究了氮气气氛条件下CrNiMo钢/H96黄铜配副的摩擦磨损特性,利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌,采用能谱仪分析磨损表面及其磨屑的主要元素成分,并分析其磨损机理.结果表明:在氮气气氛条件下,摩擦系数随滑动速度和载荷(pv值)增加而减小;磨损率随pv值增加而增大;在逐步增加pv值的过程中,其磨损机制由粘着磨损转变为磨粒磨损和粘着磨损共同作用.     

蜗杆传动用摩擦副材料在滑动干摩擦条件下的摩擦磨损性能研究

采用MG-200型摩擦磨损试验机评价了ZQSn12-2锡青铜、ZZnAl27Cu2锌合金、S16MnCr合金钢和20CrMnTi合金钢等几种蜗杆传动用材料在干摩擦滑动条件下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察了其磨损表面形貌,并分析了蜗杆副材料的摩擦磨损机理.结果表明,ZQSn12-2和S16MnCr组成的摩擦副的磨损轻微,磨损率较低,其磨损表面仅出现细小的擦伤痕迹,在蜗杆传动中具有推广价值.     

原子层沉积氧化铝薄膜摩擦学性能研究

不同温度条件下,采用原子层沉积(ALD)技术在单晶硅基底表面制备了Al2O3薄膜.利用原子力显微镜观察了Al2O3薄膜的表面形貌和粗糙度,利用纳米压痕仪测定了薄膜的硬度,并通过UMT-2型往复摩擦磨损试验机(球-盘接触方式)考察了制备温度、载荷和对偶球对Al2O3薄膜的摩擦学性能的影响.结果表明:不同温度条件下制备得到的Al2O3薄膜的粗糙度不同；制备温度为100和200℃的Al2O3薄膜的摩擦性能较优；在所用载荷范围内,摩擦系数存在最低值；与不同对偶球对摩时,由于对偶球硬度不同,Al2O3薄膜呈现不同的摩擦磨损现象.     

摩擦偶件对单晶硅宏观摩擦磨损行为的影响

研究了单晶硅分别与Si3N4、红宝石及GCr15钢对摩时的摩擦磨损性能.结果表明:单晶硅与不同偶件对摩时的摩擦系数均随着滑动速度的提高而降低;在相同试验条件下,单晶硅与GCr15钢对摩时的摩擦系数最高,这主要是由于单晶硅与GCr15钢中的过渡金属元素Fe具有很强的化学亲合势所致;而单晶硅与红宝石对摩时的磨损体积损失最大,与GCr15钢对摩时的磨损体积损失最小;低速下Si3N4和红宝石陶瓷偶件与单晶硅对摩时磨损表面存在大量的微断裂,随着滑动速度的增加其磨损表面逐渐变得较为光滑;GCr15钢与单晶硅对摩初期向单晶硅表面转移,在随后的摩擦过程中转移层因磨损而被去除,故单晶硅/GCr15钢磨损表面比其他2种摩擦副的磨损表面光滑.     

碳黑填充超高分子量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能研究

采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了载荷及偶件表面粗糙度对碳黑填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料摩擦磨损性能的影响；利用扫描电子显微镜观察复合材料磨损表面形貌并分析了其磨损机理．结果表明：同UHMWPE相比，碳黑填充UHMWPE的磨损质量损失随载荷增加而增大的幅度较小；偶件表面粗糙度对碳黑填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能影响较大，随着偶件表面粗糙度的增大，摩擦系数和复合材料的磨损质量损失均显著增大．UHMWPE及其碳黑填充复合材料在干摩擦条件下同45“钢及SiC喷涂层涂覆45“钢对摩时主要呈现犁削和塑性变形特征，犁削和塑性变形程度随载荷和偶件表面粗糙度增加而加剧。     

中频磁控溅射沉积含铝类金刚石碳膜结构及其摩擦磨损性能研究

采用中频磁控溅射技术在单晶硅表面制备含铝类金刚石(Al-DLC)薄膜,利用原子力显微镜、X射线光电子能谱仪、红外光谱仪、纳米压痕仪和微摩擦磨损试验机等考察薄膜表面形貌、结构及其摩擦磨损性能.结果表明:所制备的Al-DLC薄膜均匀、致密,表面粗糙度小,应力较低,硬度较高;薄膜与Si3N4陶瓷球对摩时显示出良好抗磨减摩性能;加基底偏压所制备薄膜的摩擦系数明显降低, 耐磨寿命显著提高.     

CVD金刚石薄膜在水润滑条件下的摩擦磨损性能研究

采用偏压辅助增强热丝CVD法在硬质合金衬底上制备常规金刚石薄膜和超细晶粒金刚石薄膜,在往复式球-盘摩擦磨损试验机上考察金刚石薄膜在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能,分别采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪和能谱仪分析金刚石薄膜的表面形貌特性、结构特征及其摩擦表面残余物质的组成.结果表明,常规金刚石薄膜和超细晶粒金刚石薄膜在水润滑下的摩擦系数分别约为0.25和0.22,超细晶粒金刚石薄膜对偶件的磨损率仅为6.94×10-6 mm3/(Nm),显示出优异的减摩性能,可作为良好的水润滑摩擦副涂层材料.     

离子液体掺杂硅油薄膜的制备及其摩擦学性能研究

采用旋涂方法,利用硅油热交联反应在不同基底上制备了掺杂离子液体的硅油薄膜,用红外光谱仪表征了硅油薄膜的交联聚合行为,用DF-PM型静-动摩擦磨损试验机评价了薄膜的摩擦学性能,采用扫描电子显微镜观察分析了薄膜及偶件磨损表面形貌.结果表明,在甲基化和羟基化基底表面制备的薄膜的摩擦学性能较差,而在乙烯基化基底表面制备的薄膜同钢球对摩时表现出很好的摩擦学性能,这主要是由于乙烯基化基底表面的薄膜可通过交联聚合反应而同基底形成较强的化学键合作用所致.在滑动摩擦过程中,薄膜的摩擦系数随速度增加而减小,这是由于相对较厚的润滑薄膜发生剪切变稀效应所致.     

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.     

钛合金表面DLC薄膜的制备及其与不同材料配副的摩擦学性能研究

利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在钛合金TC4表面制备了梯度结构DLC薄膜,并研究了DLC薄膜微观形貌结构、力学性能以及不同对偶球材料(包括4种陶瓷与4种金属材料)对其摩擦学性能的影响. 结果表明:所制备的梯度结构DLC薄膜表面相对光滑平坦且与基底结合紧密,具有良好的力学性能;对于陶瓷球/DLC配副,在摩擦过程中由于对偶球硬度较大且耐磨,从而在陶瓷球表面易于形成稳定的碳质转移膜,SiC/DLC、Si₃N₄/DLC和ZrO₂/DLC表现为轻微的磨粒磨损和黏着磨损,而Al₂O₃球表面的碳元素含量较高使得DLC薄膜虽然发生破损和剥落但其摩擦系数仍保持在较低水平;金属球/DLC与陶瓷/DLC相比较,由于金属对偶球硬度较低,在摩擦过程中碳质转移膜无法稳定地覆盖在金属球,引起较高的摩擦系数,Al/DLC主要表现为严重的磨粒磨损,而Brass/DLC、304SS/DLC和GCr15/DLC主要为轻微的磨粒磨损或黏着磨损;SiC/DLC、ZrO₂/DLC、304SS/DLC和GCr15/DLC的DLC薄膜均具有较低的摩擦系数和磨损率且对偶球的磨斑较小,故其为较合理的摩擦副. 赫兹接触分析表明,陶瓷/DLC中除了ZrO₂/DLC,平均摩擦系数和计算接触半径的变化趋势是一致的,而在金属/DLC中并未发现这一规律.      

镁合金表面磁控溅射CNx/SiC/Ti多层膜的摩擦磨损性能

采用室温磁控溅射技术在镁合金(AZ91D)表面制备了CNx/SiC/Ti(氮化碳/碳化硅/钛)多层膜(SiC、Ti为中间层),研究了CNx薄膜的纳米压痕行为和摩擦磨损性能.结果表明:CNx薄膜具有低的纳米硬度(6.67GPa)、低的弹性模量(54.68GPa)和高的硬度与弹性模量比值(0.122);在以氮化硅球为对摩副的室温干摩擦条件下摩擦系数约为0.162,磨损率在10-6mm3/(m.N)级,薄膜经长时间(3.5h)磨损后未出现裂纹和剥落.分析表明,摩擦化学和硬度与弹性模量比值对摩擦系数和磨损率有重要影响.     

等离子喷涂Al2O3/TiO2陶瓷涂层在液态石蜡润滑下的摩擦磨损性能研究

利用纳米和微米结构Al2O3/TiO2喂料制备出2种陶瓷涂层,考察了这2种涂层在液体石蜡润滑下与不锈钢球摩擦副的摩擦磨损性能,并探讨了2种涂层的磨损机理.结果表明:液态石蜡润滑能有效降低纳米Al2O3/TiO2涂层与不锈钢球摩擦副的摩擦系数和磨损率,但是对微米涂层的润滑效果不明显.纳米涂层的摩擦系数仪为微米涂层的1/3,而磨损率则降低了70倍以上.纳米涂层的磨损机制在低载荷下是轻微的黏着磨损,高载荷下则是摩擦抛光,而微米涂层的磨损机制是晶粒脆性断裂.     

干摩擦条件下Si_3N_4-hBN复合陶瓷与1Cr18Ni9Ti配副的摩擦学特性研究

利用MMU-5G销-盘式端面磨损试验机考察了干摩擦条件下Si3N4-hBN复合陶瓷与1Cr18Ni9Ti配副时的摩擦磨损性能,分别采用扫描电子显微镜(SEM)、激光扫描显微镜(LSM)、X光电子能谱仪(XPS)、X射线能谱仪(EDS)、电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)分析摩擦面以及磨屑的形貌和物质组成.结果表明:Si3N4-hBN/1Cr18Ni9Ti摩擦副的摩擦系数随hBN含量的增加而降低,当hBN体积含量为30%时,摩擦系数降至0.03,Si3N4-hBN复合陶瓷的磨损率接近于零.在干摩擦条件下,Si3N4-hBN复合陶瓷与1Cr18Ni9Ti配副时,摩擦表面上形成含SiO2、B2O3和Fe2O3的表面膜,起到良好的减摩作用.     

Si_3N_4陶瓷/冷激铸铁的摩擦学性能研究

采用块 -盘摩擦磨损试验机考察了陶瓷与冷激铸铁在干摩擦条件下的摩擦磨损行为 .通过研究发现 ,该摩擦副的摩擦系数随载荷和速度的增大而减小 ,当载荷和速度较大时 ,陶瓷的磨损严重 ,而由于摩擦温度升高引起的冷激铸铁材料的转移也会使陶瓷出现负磨损 .对磨损表面的形貌分析和化学成分测试结果表明粘着磨损和疲劳磨损在磨损过程中占主导地位 .     

转移膜的形成对含氢碳膜超低摩擦性能的影响

含氢非晶碳膜在惰性气氛下展现了超低摩擦性能,摩擦系数可达到10~(–3)数量级.本文中通过试验设计验证了转移膜的形成是碳膜超低摩擦性能获得的必要条件.采用含氢非晶碳膜(a-C:H)与钢作为摩擦配副,球盘接触旋转运动,更换接触方式:一种是钢球与镀a-C:H薄膜的钢平板对摩,另一种是镀a-C:H薄膜钢球与钢平板对摩.保持配副材料不变,利用接触方式的差异,来改变转移膜形成的难易程度.第一种方式下,a-C:H可以转移到对偶形成均匀的转移膜,具有超低摩擦性能;在第二种方式下,a-C:H不能转移到对偶形成转移膜,摩擦系数高.而该转移膜是一种含氢的,以sp~2杂化为主的碳结构.氢能够参与钝化碳悬键,从而保证低化学作用活性,sp~2平面分子结构可以具有较低的剪切强度.因此,转移膜的形成和氢的钝化作用对a-C:H薄膜超低摩擦机理均具有重要的贡献.     

相对湿度对类金刚石薄膜摩擦磨损性能的影响

利用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面制备了含氢类金刚石薄膜,在球-盘摩擦磨损试验机上考察了相对湿度对薄膜摩擦磨损性能的影响,利用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪观察和分析其磨损表面形貌和化学状态的变化情况.结果表明,随着相对湿度增加,DLC薄膜的摩擦系数和磨损率增加.这主要是由于薄膜表面氧化作用所致.