物理气相沉积减摩与耐磨薄膜

在摩擦学研究的基础上，综合评述与探讨了物理气相沉积薄膜摩擦和磨损的机械－化学作用机理；根据这种机理分析讨论了对物理气相沉积润滑和耐磨薄膜的基本要求，提出了实现这些要求的物理气相沉积的技术基础。     

一种氯苯基硅油的合成及其摩擦磨损性能研究

合成了一种甲基封端、侧基含五氯苯基取代基团的有机聚硅氧烷(CPSO),考察了CPSO的粘温性能、倾点、饱和蒸气压及热稳定性能.采用OptimolSRV型微动摩擦磨损试验机评价了CPSO及空间用润滑油全氟聚醚(PFPE)和磷嗪(X-1P)在常温常压下用于GCr15/CuSn合金摩擦副润滑剂的摩擦磨损性能;采用CZM型真空摩擦试验机评价了3种润滑油在真空条件下用于GCr15/CuSn合金和GCr15/9Cr18摩擦副润滑剂的摩擦磨损性能.结果表明:在真空和常温常压条件下,CPSO的减摩和抗磨损性能均优于PFPE及X-1P;与此同时,CPSO具有极低的饱和蒸气压、很低的热挥发损失以及较好的热稳定性和低温流动性.故其在空间飞行器械运动部件润滑领域具有广泛的应用前景.     

MoS2/SiCH固液复合润滑体系摩擦学性能研究

本文中通过考察MoS_2薄膜/SiCH固液复合润滑体系的真空摩擦学性能,探究了该复合润滑体系的摩擦磨损机理.研究表明射频溅射MoS_2薄膜表面所固有的柱状晶体结构具有明显的润滑油吸附功能,提高了MoS_2薄膜/SiCH固液复合润滑体系的真空摩擦学性能.球盘摩擦试验结果表明:当仅对钢盘表面沉积MoS_2薄膜时,该固液复合润滑体系的滑动摩擦寿命达到1.86×106 r,为采用SiCH油润滑时摩擦寿命的1.2倍,是MoS_2薄膜固体润滑状态的4倍,表现出了良好的协同润滑效应.     

激光织构化TiN薄膜的干摩擦性能研究

采用固体Nd:YAG激光器对离子镀TiN薄膜进行织构化处理,表征了薄膜的结构、形貌及凹坑织构参数.通过UMT-2往复式球-盘摩擦磨损试验机评价了织构化薄膜的摩擦磨损特性,研究了织构形貌对TiN薄膜干摩擦条件下摩擦磨损性能的影响.研究结果表明:与未织构化的TiN薄膜相比,织构化TiN薄膜的平均摩擦系数降低,并且磨损率明显减小,这说明织构化TiN薄膜具有更好的耐磨损性能.摩擦过程中,凹坑织构既捕获了磨屑,又有利于摩擦过程中阶跃运动的发生,易于将磨屑带出磨痕,从而降低了摩擦磨损.     

空间摩擦学的机遇和挑战

分析了我国空间计划对润滑材料与技术的需求,回顾了我国在空间摩擦学方面的研究进展;指出考察空间环境与条件下运动部件的摩擦学行为以及系统开展空间摩擦学研究,将为研制和发展空间润滑材料与润滑技术提供理论基础和技术保障;并针对我国航天发展规划,提出了空间摩擦学相关领域的研究和发展方向.     

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.     

低温沉积Ag-Cu薄膜的耐原子氧和摩擦学性能

采用多弧离子镀在低温(173 K)沉积了Ag-Cu薄膜,通过地面原子氧模拟试验机构考察了薄膜的耐原子氧性能,通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和球-盘摩擦试验机对薄膜结构、耐原子氧性能和摩擦学性能进行了表征,并与室温(300 K)及低温(173 K)沉积Ag薄膜进行了比较研究.结果表明:低温沉积Ag-Cu薄膜由面心立方结构的AgCu合金相和少量Ag或Cu组成,Cu元素合金和低温沉积可细化Ag薄膜的晶畴尺寸、提高其致密性,细密的薄膜结构有利于抑制原子氧对薄膜的攻击,因此低温沉积的Ag-Cu薄膜表现出较好的耐原子氧性能;磨损试验结果表明低温沉积的Ag-Cu薄膜表现出较好的耐磨性,这主要归因于其细密的薄膜结构和较高的膜-基结合强度,此外由于其耐原子氧性能的改善,低温沉积Ag-Cu薄膜在原子氧辐照前后磨损率的增加明显低于低温和室温沉积Ag薄膜.     

固体-油脂复合润滑I：二硫化钼膜在干摩擦及空间用油脂润滑下的摩擦学性能

本文采用溅射技术制备了MoS2薄膜,用UMT-2MT摩擦试验机考察了MoS2膜/钢球摩擦副分别在干摩擦、氟丙基氯苯基硅油（115#油）和KK-5脂（由115#润滑油经聚四氟乙烯粉稠化制成）润滑条件下的摩擦学性能,并分析了其润滑和失效机制。结果表明：脂润滑状态下,MoS2+ KK-5复合膜处于不连续的边界润滑,其摩擦学性能得到改善但不明显;115#油润滑条件下,由于连续、有效的边界润滑,使得MoS2+115#固体-油复合体系的摩擦系数低而平稳,其耐磨损寿命与单独MoS2薄膜相比提高了至少8倍;相对于上述2种情况,干摩擦条件下的MoS2膜磨损明显。     

模拟原子氧环境的真空摩擦试验装置

将超高真空系统、原子氧束流源和球-盘式摩擦试验机优化集成,研制出可在地面实验室条件下模拟低地球轨道原子氧和超高真空环境的摩擦试验装置.所研制的试验装置在无油真空环境下工作,极限压强达2.0×10-7Pa,漏率小于2.0×10-11Pa·m3/s;原子氧束流的通量密度大于3.0×1019atoms/m2·s,能量1～10eV,束流直径40mm,辐照距离达100mm,在1～100mPa气压范围内工作状态稳定;球-盘摩擦试验机的法向载荷为1～10N(最大接触压强达1.5GPa以上),试盘转速在0～3000r/min范围内连续可调,摩擦力可精确测量并连续记录.采用所研制的试验装置和CZM-1真空摩擦试验机对MoS2溅射薄膜试样进行比对试验,结果表明,所研制的装置具有较高的可靠性和较好的可比性.该装置可用于研究材料在地球低轨道环境中的摩擦学性能和破坏机制,为空间摩擦学研究提供基本试验手段和技术保障.     

低温沉积Cu膜的晶体结构及摩擦磨损性能的初步研究

采用离子镀技术于45#钢基体表面在低温(164～115 K)和常温(291 K)条件下沉积Cu膜,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜研究Cu膜的晶体结构及其表面形貌,采用划痕试验法测量Cu膜的临界载荷(Lc),在真空球-盘摩擦磨损试验机上考察其摩擦磨损性能并探讨其磨损机理.结果表明:基体温度对Cu膜的择优取向影响明显,在常温(291 K)下沉积的Cu膜为(200)择优取向,基体温度降至164 K以下所沉积的Cu膜呈现出明显的(111)择优取向;低温沉积Cu膜的表面较为光滑,其Lc值明显高于常温沉积的Cu膜;低温沉积Cu膜的磨损率明显低于常温沉积Cu膜,表现出良好的耐磨性,这主要是由于低温沉积Cu膜具有(111)择优取向和良好的膜-基结合力的缘故.