直流射频等离子体增强化学气相沉积类金刚石碳薄膜的结构及摩擦学性能研究

利用直流射频等离子增强化学气相沉积技术在单晶硅表面制备了类金刚石碳薄膜．采用Raman光谱、红外光谱、x射线光电子能谱和原子力显微镜等研究了薄膜的微观结构和表面形貌,在UMT-2MT型摩擦磨损试验机上考察了薄膜在不同载荷与滑动速度下的摩擦学性能。结果表明：所制备的类金刚石碳薄膜具有典型的类金刚石结构特征,薄膜均匀、致密,表面粗糙度小,硬度较高;薄膜与Si3N4陶瓷球对摩时显示出良好的抗磨减摩性能;随着试验载荷与滑动速度的提高,薄膜的摩擦系数降低,耐磨寿命降低;薄膜的减摩抗磨性能同其在Si3N4陶瓷球偶件磨损表面形成的转移膜相关。     

无机类富勒烯过渡金属硫化物纳米材料的合成及其摩擦学应用研究进展

评述了无机类富勒烯（IF）与过渡金属硫化物（WS2和MoS2等）纳米材料的合成技术及其摩擦学应用研究的最新进展，外型为球形或近似于球形并具有嵌套中空结构的IF－WS2和IF－MoS2纳米果粒具有潜在的摩擦学应用前景；对含有IF－WS2纳米颗粒的复合材料和Ni-P复合镀层的研究表明，其比含有石墨和层状2H－WS2粉末的固体润滑剂具有更优异的摩擦学性能。     

直流磁控溅射制备TiAlCN薄膜及其性能研究

采用直流磁控溅射技术制备TiAlCN薄膜,研究了直流电流对TiAlCN薄膜的薄膜成分、微观结构、机械性能和摩擦性能的影响.研究表明:随着直流电流的增加,薄膜中C元素含量逐渐降低;薄膜中无定形碳含量减少,而(Ti,Al)CxN1-x晶粒增加.另外,在低于3.0 A直流电流范围内薄膜的表面粗糙度无明显变化,而当直流电流高于3.0 A时,薄膜的表面粗糙度随直流电流的增加而显著上升.随着直流电流的增大,薄膜的硬度先增加后降低,而薄膜的摩擦系数则先降低后升高.在直流电流为3.5 A时,薄膜的硬度和摩擦系数分别约为22.2 GPa和0.16.     

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...     

磁控溅射法制备Au薄膜及真空载流摩擦学行为研究

针对空间滑动电接触金基润滑涂层在制备方法以及失效机理认识方面存在的不足,探索采用绿色磁控溅射法制备金薄膜. 研究了偏压对薄膜微观结构、力学以及真空载流摩擦学性能的影响规律;建立了真空载流服役工况摩擦试验评价条件,可实现接触电流噪音的实时监测,进一步对比传统电镀金涂层,研究了其真空载流摩擦磨损行为差异、主要影响因素及作用机制. 结果表明:在适中的偏压下,薄膜晶粒尺寸小,结构致密光滑,具有高的结合力、硬度、耐磨性以及低的接触电流噪音. 相比于电镀法,磁控溅射法制备的金膜表现出明显光滑致密的结构特征,硬度、磨损率和接触电流噪音大幅改善. 其中光滑致密的结构是抑制微电弧产生的关键因素,可有效减少电弧侵蚀失效.      

含氮类金刚石薄膜的力学和摩擦学性能的研究

利用脉冲等离子体增强化学气相沉积系统沉积了含氮类金刚石碳薄膜.利用X射线光电子能谱和红外光谱分析了薄膜的化学键状态,在UMT摩擦磨损试验机上考察了薄膜的摩擦学性能,利用扫描电子显微镜分析了摩擦对偶球表面的转移膜形貌.结果表明:随着薄膜中氮含量的增加,薄膜中的sp2C含量增加,硬度有所降低,薄膜的平均摩擦系数先减小后增加.     

一种类富勒烯碳膜与不同偶件对摩时的摩擦学行为及其机制研究

采用磁控溅射钛靶,以甲烷和氩气为前驱体,在单晶硅片表面制备了类富勒烯碳薄膜,采用高分辨率透射电子显微镜对薄膜的微观形貌进行了表征,采用纳米压痕仪测定了薄膜的硬度及弹性回复,在球-盘微摩擦试验机上考察了薄膜与不同偶件（Si3N4球、Al2O3球、钢球）对摩的摩擦学行为.结果表明,薄膜具有类富勒烯结构特征,薄膜的硬度为20.9 GPa,对应的弹性回复高达85%.薄膜的摩擦性能与摩擦偶件相关：FL-C薄膜与Si3N4球对摩时磨屑在Si3N4球接触面充分覆盖,所形成的转移膜充当固体润滑剂而有效降低了摩擦系数;FL-C薄膜与钢球对摩时,由于钢球硬度远低于FL-C薄膜硬度,导致钢球在较高的接触压力下发生变形而使其表面粗糙度变大,摩擦系数增大,且FL-C薄膜表面发生了较为强烈的摩擦氧化反应,破坏了薄膜的原始结构,新生成的氧化聚合物结构较为疏松,在摩擦剪切作用下易于发生磨损.     

类石墨烯二硫化钼的制备及其真空摩擦学性能研究

采用电化学剥离法制备了类石墨烯二硫化钼(MoS_2)片层,采用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜表征了类石墨烯二硫化钼的结构.利用真空摩擦试验机测试了含类石墨烯MoS_2添加剂离子液体(IL-MoS_2)的摩擦学性能并与纯离子液体(IL)进行了对比.利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察磨斑处的形貌并用X射线光电子能谱仪表征了IL-MoS_2摩擦前后的化学状态,并对润滑机理进行了分析.结果表明:电化学剥离法成功制备了类石墨烯MoS_2,这种制备方法简单易行,制得的类石墨烯MoS_2面积大,质量好,能保持二硫化钼固有的结构.IL-MoS_2对钢/钢摩擦副具有优异的减摩抗磨作用;摩擦过程中,纳米尺寸的二硫化钼吸附在钢/钢摩擦副界面形成了保护层,避免摩擦副的直接接触,降低摩擦磨损.     

电化学沉积DLC薄膜的摩擦学性能研究

采用直流电源,以有机溶剂作为碳源,通过电化学沉积方法在单晶硅表面制备了类金刚石碳薄膜．用原子力显微镜、拉曼光谱仪和傅立叶红外光谱仪等表征了薄膜的结构,用DF-PM型动-静摩擦系数精密测定仪考察了薄膜的摩擦学性能．结果表明：电化学沉积含氢类金刚石碳薄膜的硬度较高(约14GPa),薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;在室温干摩擦条件下,薄膜同GCrl5钢以及α-Al2O和Si3N4陶瓷对摩时的摩擦系数随载荷增加而略微减小;陶瓷材料／类金刚石碳膜的摩擦系数较低,钢／类金刚石碳膜的摩擦系数较高;类金刚石碳薄膜同Si3N4陶瓷对摩时呈现断裂剥落特征;同GCrl5钢对摩时发生转移并形成转移膜,耐磨寿命缩短．     

胆固醇类油溶性类离子液体润滑添加剂的制备及摩擦学性能研究

合成制备了两种胆固醇类季磷盐油溶性类离子液体,并将其分别作为聚α烯烃PAO-10的润滑添加剂,静置试验和热重分析结果表明两种油溶性类离子液体在PAO-10中具有良好的分散稳定性和热稳定性. 微动摩擦磨损测试结果表明两种类离子液体可显著改善基础油对钢/铝摩擦副的摩擦学性能. 扫描电子显微镜(SEM)结果表明空白PAO-10润滑摩擦副时磨损类型以黏着磨损为主,以添加两种离子液体的混合油样为润滑剂时磨斑直径显著降低,此时摩擦副间磨损类型以磨粒磨损和腐蚀磨损为主. X射线光电子能谱分析(XPS)与X射线能谱仪(EDS)表明类离子液体中的活性元素在摩擦过程中可与铝基体表面发生摩擦化学反应. 两种类离子液体的润滑机理归因于类离子液体与金属基体发生摩擦化学反应生成具有减摩抗磨作用的磷酸盐和硫酸盐等耐磨化合物.      

两步法制备固体润滑FeS薄膜的摩擦磨损性能研究

通过两步法,即射频溅射Fe膜与低温离子渗硫复合处理工艺,在非黑色金属(单晶硅)表面得到了固体润滑FeS薄膜.利用X射线衍射仪研究了单质Fe膜与FeS薄膜的相结构,利用原子力显微镜和扫描电子显微镜观察分析了FeS薄膜的表面与擦伤磨损表面的形貌,用涂层划痕仪测量了FeS薄膜与基体的结合强度,用纳米压痕仪测定了FeS薄膜的纳米硬度及弹性模量,利用DD-92型摩擦磨损试验机评价了FeS薄膜的摩擦磨损性能.结果表明,两步法制备的FeS薄膜为金属Fe与固体润滑剂FeS共同组成的复合固体润滑薄膜,与其基体结合紧密,具有适当的表面硬度;FeS薄膜具有优异的减摩耐磨抗擦伤性能,摩擦系数与磨损量明显比45#钢原始表面的低,抗擦伤载荷明显提高.     

类金刚石碳膜的摩擦学特性及其研究进展

从类金刚石碳膜作为耐磨涂层的角度出发,综述了近年来国际上关于类金刚石碳膜摩擦学特性的大量研究,着重讨论了影响类金刚石碳膜摩擦学特性的主要工艺参数和因素,阐明了类金刚石碳膜与金刚石膜在性能上的差异,指出了类金刚石碳膜的发展现状和趋势。     

非平衡磁控溅射沉积类石墨膜及其摩擦磨损性能研究

利用全封闭非平衡磁控溅射技术制备了高硬度类石墨膜，对不同工艺所制备的薄膜进行了微观分析，测定了薄膜的厚度、膜基结合强度和硬度，并考察了薄膜的摩擦学性能和腐蚀性能．结果表明：采用全封闭非平衡磁控溅射方法制备的以sp^2杂化为主的类石墨膜具有高硬度、低摩擦系数和良好的抗磨及抗腐蚀性能；摩擦系数随载荷的增大而减小，而磨损率同硬度呈反比关系；加入适量Cr可软化薄膜，提高膜基结合强度，从而优化薄膜的性能．     

表面溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜的微观结构及其摩擦磨损性能研究

采用表面溶胶-凝胶法在普通载玻片上制备TiO2纳米结构薄膜,用X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)分析薄膜组成结构及其表面形貌,用UMT-2型摩擦磨损试验机考察表面溶胶-凝胶法和传统体溶胶-凝胶法制备的TiO2薄膜的摩擦磨损性能,用扫描电子显微镜(SEM)观察分析薄膜表面及其磨痕表面形貌.结果表明,与传统体溶胶-凝胶法相比,表面溶胶-凝胶法制备的薄膜摩擦磨损性能得到明显改善.这是由于多次干燥过程在一定程度上避免了传统体溶胶-凝胶工艺的后续干燥和热处理过程中大量残留溶剂瞬时溢出而导致的结构缺陷,从而使得薄膜具有更高的致密性,降低了薄膜表面粗糙度,提高了抗磨性.     

Cr靶电流对Cr改性类石墨薄膜摩擦磨损性能的影响

采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备,在不同Cr靶电流参数下制备Cr改性类石墨薄膜,测试了薄膜的硬度、结合强度、摩擦系数和比磨损率,采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察薄膜的显微结构.结果表明:改变Cr靶电流不仅能够改变薄膜的化学成分,而且能够改变薄膜的显微结构;随着Cr靶电流增加,薄膜的断口出现纤维状结构,并逐渐发展为柱状结构;Cr的加入使得类石墨薄膜形成周期性层状结构;在干摩擦条件下,随着Cr靶的电流增加,GLC膜的摩擦系数先减小而后增大;当载荷较小时,薄膜的比磨损率随Cr靶电流的增加而增大,载荷较大时薄膜的比磨损率变化不大.化学成分和显微结构的变化引起GLC膜硬度和韧性的变化,从而改变了薄膜的摩擦磨损性能.     

求解予裂试件实时裂纹长度的一种新的直接法

本文提出的估算予裂试件实时裂纹长度的直接法，只需单试件的Ｐ－Ｖ记录和对应静裂纹试件塑性位移有限元解，这就避免了在规则化方法中由于几何函数不确定性对计算实时裂纹长度的影响。这一新的直接法的基础是推广的Ｇａｒｗｏｏｄ—Ｅｒｎｓｔ假设，即予裂试件与对应静裂纹试件在载荷、位移分别相等时其实时裂纹长度也相等。本文用实验验证这一假设，并在此基础上提出推论：这两类试件在Ｐ、Ｖ（和α）分别相等时其弹性和塑性位移分量也分别相等。按照这一推论可对予裂试件实时裂纹长度进行估算。文中的五个算例表明，这一直接法与卸载柔度法符合较好。