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.     

Au膜结构及其微观应变的测定

介绍用Ｘ－ 射线衍射方法测定Ａｕ 薄膜材料结构及其微观应变 。利用不对称布拉格反射ＳＴＤ（ｓａｍｐｌｅ ｔｉｌ＿ｔｉｎｇ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ） 扫描模式与常规ＣＢＤ（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｂｒａｇｇ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ） 扫描模式, 确定Ａｕ 膜的结构及取向, 同时采用直接测量法（ 非卷积法） 来测定Ａｕ 的微观应变。     

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.     

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。     

WS_2薄膜/空间液体润滑剂复合润滑体系的摩擦学性能研究

采用射频溅射技术制备了WS2薄膜,考察了WS2/全氟聚醚(815Z)和WS2/聚烯烃取代环戊烷(P201)两种固/液复合润滑体系的真空摩擦学性能.通过扫描电子显微镜(SEM)、三维表面轮廓仪对磨损表面的微观形貌进行了分析,采用X射线能量色散谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)分析了磨损表面元素的组成和化学状态.探讨了两种固/液复合润滑体系的摩擦磨损特性和失效机理.结果表明:WS2/815Z复合润滑体系中,二者相容性较差,摩擦系数较高、波动较大,且表现出较高的磨损率;WS2薄膜与P201的相容性较好,组成的复合润滑体系表现出较低且平稳的摩擦系数和较低的磨损率,具有良好的协同效应.     

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.     

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.     

中频磁控溅射制备不同S/W原子比WSx薄膜的结构和摩擦学性能研究

采用中频磁控溅射制备了WS_x薄膜,通过X射线衍射 (XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱 (XPS)对其结构进行了分析,采用纳米压入仪(Triboindenter)和真空球-盘摩擦试验机分别考察了薄膜的力学性能和摩擦磨损性能.结果表明:改变溅射功率密度和气压,将引起选择性溅射与薄膜氧化程度的变化,致使薄膜S/W原子比随之变化,薄膜的S/W原子比随着溅射功率密度的增加先减小后增大,而随着溅射气压的增大逐渐增大.薄膜S/W原子比较低时,薄膜W含量较高,薄膜结构较致密、硬度较高,但摩擦系数较大、耐磨性能较差;随着S/W原子比的增大,薄膜中WS₂含量显著增加,W含量明显下降,摩擦系数降低,耐磨性能明显改善.     

水浴对MoS2薄膜结构及摩擦学性能影响的研究

为考察水介质对二硫化钼(MoS₂)薄膜结构和摩擦学性能的影响，采用沸腾蒸馏水对溅射MoS₂薄膜进行水浴处理，并对水浴处理前后薄膜的微观结构、摩擦学性能进行了研究. 研究发现，薄膜中同时存在晶体结构和非晶结构. 随着水浴处理时间的延长，XRD分析结果中观察到薄膜中非晶相减少，微晶相增加，同时晶粒尺寸先减小后增大. 另外，薄膜的枝状晶上产生了更多的细小枝状晶. 薄膜中的残余应力也随水浴时间延长而发生明显变化. 薄膜的摩擦学性能受到水浴的明显影响，当水浴处理时间为20 min时，MoS₂薄膜的耐磨寿命达到未水浴处理薄膜的约2倍. 分析认为，水浴处理导致溅射MoS₂薄膜内应力、组织结构和晶体结构的变化，引起了其摩擦学性能的变化.