MoS2基复合薄膜真空高温摩擦学性能及其机理研究

采用闭合场非平衡磁控溅射技术分别制备了纯MoS₂薄膜以及MoS₂-Ti和MoS₂-Ti-TiB₂复合薄膜，利用真空高温摩擦试验机对比考察三种薄膜在真空环境中25～300℃下的摩擦学性能，通过拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)等分析复合元素对薄膜结构的影响以及摩擦前后薄膜结构的变化，探讨摩擦磨损机理.结果表明：纯MoS₂薄膜以(002)和(100)晶面取向生长，结构疏松，硬度低，在真空不同温度下摩擦寿命很短；Ti和TiB₂复合后，薄膜呈现致密的非晶结构，硬度升高；MoS₂-Ti薄膜在低温下(25和100℃)下具有优异的摩擦学性能，当温度达到200℃以上时，摩擦寿命急剧降低；MoS₂-Ti-TiB₂复合薄膜在25～300℃全温度范围内都保持低的摩擦系数和磨损率，这与其致密的非晶结构、摩擦界面MoS₂ (002)晶面有序化以及高硬度耐高温TiB<...     

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．     

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.     

摩擦偶件材料对非晶含氢碳薄膜摩擦学性能的影响

利用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅基底上制备了非晶含氢碳薄膜；采用Raman光谱仪、红外光谱仪和原子力显微镜等研究了碳膜的微观结构和表面形貌；采用UMT-2MT型摩擦磨损试验机考察了摩擦偶件材料对碳膜摩擦学性能的影响，并探讨了其磨损机制．结果表明：所制备的非晶含氢碳膜均匀、致密，硬度较高；当碳膜同高硬度陶瓷材料配副时，其摩擦系数低而稳定，薄膜呈现轻微擦伤和剥落磨损特征；当碳膜同低硬度的金属材料配副时，其摩擦系数高且不稳定，薄膜呈现严重粘着和磨粒磨损特征．薄膜的摩擦磨损行为同薄膜和摩擦偶件之间的相互转移有关．     

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.     

液氮激冷对含氢非晶碳膜性能的影响

采用等离子增强化学气相沉积系统制备了含氢非晶碳膜. 加热到相应温度(200、250、300、350和400 ℃)后，对薄膜进行液氮激冷处理，并研究其结构、机械及摩擦性能的变化. 结果表明:薄膜硬度在200~300 ℃温度下液氮激冷后，其硬度随热处理温度增加，C-C sp2键逐渐增加；在350~400 ℃温度下液氮激冷处理后，薄膜的硬度逐渐减小，薄膜呈石墨化趋势；而其弹性恢复在整个处理过程(200~400 ℃)中随温度升高持续增大，和C-C sp2键变化趋势一致. 液氮激冷处理后，含氢非晶碳膜的摩擦系数及磨损量均得到改善，在300 ℃激冷处理的含氢非晶碳膜具备最低的摩擦系数及磨损量.      

MoSx掺杂DLC薄膜的摩擦磨损行为Ⅱ:速度的影响

采用RF-PECVD与磁控溅射复合技术制备了MoSx掺杂的DLC(a-C:H:Mo:S)薄膜,并对其组成、表面形貌、纳米硬度及热稳定性进行了分析.在QG-700摩擦试验机上考察了其在不同滑动速度下的摩擦行为.通过对摩擦表面的光学显微观察、扫描电镜(SEM)观察及能谱(EDS)分析,简单探讨了其摩擦磨损机理.结果表明:随着速度的增加,a-C:H:Mo:S/Si3N4体系的摩擦系数先升高后降低,而磨损率则表现出相反的变化趋势.分析认为摩擦系数的升高与高湿度下薄膜表面的氧化反应有关,而降低则主要是由于石墨化所致.     

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。     

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.     

掺硅类金刚石薄膜的HiPIMS-MFMS共沉积制备及其高温摩擦学行为研究

元素掺杂是提高类金刚石(DLC)薄膜高温耐摩擦性能的重要途径.本文中采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)和中频磁控溅射(MFMS)复合技术在304不锈钢表面沉积具有不同Si含量的掺硅类金刚石(Si-DLC)薄膜,利用原子力显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、纳米压痕和UMT-TriboLab摩擦试验机等系统分析了Si含量对Si-DLC薄膜的结构、力学性能及不同温度下的摩擦学性能的影响,重点探讨了Si-DLC薄膜在高温下摩擦磨损机制.结果表明：Si-DLC薄膜中Si以四面体碳化硅的形式随机分布于无定型DLC基体中,增强薄膜的韧性.同时,Si掺杂使DLC薄膜向金刚石结构发生转变并显著提高了薄膜的硬度.摩擦结果表明,当Si原子分数为15.38%时,Si-DLC薄膜在常温下的摩擦系数和磨损率最低,同时该薄膜在300℃下能维持在较低的摩擦系数(约0.1),主要是由于Si-DLC薄膜中的四面体碳化硅结构能够提升sp³键的稳定性.此外,Si-DLC薄膜中的Si在高温摩擦时会在对偶球表面形成1层SiO₂保护层,减...     

纳米金刚石对电沉积镍基复合镀层微观结构及抗磨性能的影响

利用直流电沉积技术制备了纳米和微米镍镀层,以及纳米金刚石增强镍基复合镀层,考察了纳米金刚石颗粒对纳米及微米镍基质的表面形貌、微结构、硬度及磨损性能的影响．结果表明：引入纳米金刚石使得微米镍镀层的硬度和抗磨性能显著提高;但引入纳米金刚石对纳米镍镀层硬度的影响不大,对镀层的抗磨性能则反而产生不利影响．     

电沉积Ni-La2O3纳米复合镀层的摩擦磨损性能

用复合电沉积方法制备了Ni-La2O3纳米复合镀层,研究了La2O3纳米颗粒含量对纳米复合镀层摩擦磨损性能的影响,并用扫描电子显微镜分析了其磨损机理.结果表明,在干摩擦条件下,随着La2O3纳米颗粒含量的增加,纳米复合镀层的摩擦系数降低,耐磨性能提高;La2O3质量分数为3.1%的纳米复合镀层的摩擦系数最低,耐磨性能最佳;纯Ni镀层呈现严重的粘着磨损特征,而纳米复合镀层主要呈现轻微磨粒磨损特征.     

C/C复合材料及高强石墨高温摩擦磨损性能对比研究

采用MG-2000型摩擦磨损试验机对比考察了C／C复合材料及航空发动机主轴密封环拟用材料高强石墨的高温摩擦磨损行为，采用显微激光拉曼光谱仪及扫描电子显微镜分析了C／C复合材料磨损表面组成及形貌．结果表明：具有粗糙层和光滑层复合结构的C／C复合材料的高温摩擦磨损性能明显优于高强石墨材料，适合用作航空发动机主轴密封环材料；C／C复合材料的高温摩擦磨损性能取决于磨粒磨损、粘着磨损及氧化磨损的共同作用．     

铝合金微弧氧化陶瓷层在润滑条件下的抗磨性能研究

采用模拟活塞-缸套运动形式的往复式滑动摩擦磨损试验机对比研究了铝合金微弧氧化陶瓷层、电镀硬铬镀层及耐磨磷钒铜铸铁的摩擦磨损特性;利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌,进而探讨了油润滑条件下微弧氧化陶瓷层的磨损机制及其影响因素.结果表明:铝合金微弧氧化陶瓷层在油润滑条件下的耐磨性能显著优于电镀硬铬镀层和磷钒铜铸铁;陶瓷层中的微孔有利于改善其在油润滑条件下的耐磨性能;不同厚度的微弧氧化陶瓷层在稳定磨损阶段的磨损质量损失变化不大.     

稀土对Fe基合金激光熔覆层抗磨性能的影响

在Fe基合金粉末中引入La2O3,通过激光熔覆得到了同基材结合良好的熔覆层,用扫描电子显微镜观察了稀土含量对熔覆层组织形貌的影响,用显微硬度计测量了熔覆层的硬度分布,并采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了不同熔覆层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能.结果表明,引入稀土有利于促进晶粒细化,提高熔覆层的组织均匀性及表面硬度,从而改善熔覆层的摩擦磨损性能.     

火焰喷涂PA1010涂层的制备及其摩擦学性能研究

利用火焰喷涂技术在45^#钢表面制备了尼龙1010(PAlOlO)涂层;采用傅立叶转换红外光谱仪和X射线衍射仪分析了涂层的化学及晶体结构特征;采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了涂层同不锈钢配副时的滑动摩擦磨损特性;并基于涂层及偶件磨损表面形貌扫描电子显微分析探讨了涂层的磨损机理．结果表明,PA1010原料粉末在热喷涂过程中未发生明显的降解与氧化;PA1010涂层同不锈钢配副时的摩擦磨损性能同载荷密切相关,这是由于载荷影响其向偶件磨损表面转移及成膜所致;PA1010涂层在较低载荷下同不锈钢配副时主要发生轻微粘着磨损,在较高载荷下则主要发生严重粘着磨损及塑性变形．     

三种热喷涂涂层耐磨性能的研究

通过采用平稳加载往复滑动和动态加载冲击划痕 2种试验条件 ,研究了以钴基合金为重点的 3种热喷涂涂层的耐磨性 ,并初步探讨了其磨损机理 .结果表明 :3种涂层在滑动摩擦过程中的磨损机制为微切削和犁削 ;在冲击划痕条件下材料流失方式则以凿削和断裂为主 .试验结果证实 ,热喷涂涂层的耐磨性不仅与其宏观硬度有关 ,还与涂层的塑性、脆性及内聚强度密切相关     

聚四氟蜡粘结复合涂层的摩擦磨损性能研究

在45#钢块表面采用喷涂方法制备了聚四氟蜡粘结复合涂层和聚四氟乙烯粘结复合涂层,采用傅立叶红外光谱仪分析聚四氟蜡粘结复合涂层在不同固化温度下的结构变化,在国产MHK-500型摩擦磨损试验机上考察固化温度、载荷及速度对2种复合涂层摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜和光学显微镜观察复合涂层磨损表面及其偶件环磨损表面的形貌.结果表明:固化温度对聚四氟乙烯粘结复合涂层耐磨寿命的影响不大,而对聚四氟蜡粘结复合涂层的耐磨寿命影响很大;在120 ℃固化时聚四氟蜡粘结复合涂层的耐磨寿命比在常温固化时提高1倍;速度与载荷对聚四氟蜡粘结复合涂层摩擦磨损性能的影响较大,在低载荷、高速试验条件下,复合涂层具有良好的减摩耐磨性能.     

激光熔敷Cr3Si／Cr2Ni3Si金属硅化物涂层耐磨性与耐蚀性研究

以 Cr- Si- Ni预合金化粉末为原料 ,采用激光熔敷技术在 1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备出以金属硅化物 Cr3Si为增强相、以复杂多元金属硅化物 Cr2 Ni3Si为基体的快速凝固金属硅化物冶金涂层 ,在滑动磨损条件下评价了其耐磨性能 ,并采用阳极极化方法分别评价了该涂层在 0 .5 mol/L 的 H2 SO4 及 3.5 % Na Cl溶液中的电化学耐蚀性能 .结果表明 ,在滑动磨损条件下 ,所研制的涂层具有优异的耐磨性能 ,在 0 .5 mol/L的 H2 SO4 及 3.5 % Na Cl水溶液中具有优良的电化学耐蚀性能 ,这归因于其组成相 Cr3Si及 Cr2 Ni3Si的优异耐磨耐蚀性 ,以及非平衡快速凝固过程导致的组织细化、致密化和均匀化 .     

纳米TiO2和SiO2填充尼龙的摩擦磨损行为

制备了纳米SiO2和纳米TiO2填充PA1010尼龙复合材料,测定了复合材料的力学性能,并采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了尼龙复合材料在干摩擦条件下同45#钢配副时的摩擦磨损行为.结果表明:填充纳米颗粒可以提高尼龙复合材料的力学性能;纳米SiO2和纳米TiO2作为填料可以提高PA1010的耐磨性,降低摩擦系数,其中纳米颗粒的最佳质量分数为10%;纳米颗粒填充尼龙1010复合材料同45#钢配副时主要呈现粘着和疲劳磨损特征.