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.     

WSi_2/MoSi_2复合材料的摩擦磨损特性

选用 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机测定了不同载荷条件下 WSi2 /Mo Si2 复合材料与 45 #钢配副的干摩擦磨损性能 ,采用扫描电子显微镜和 X射线衍射仪分析讨论了其磨损机理 .结果表明 :WSi2 /Mo Si2 复合材料在高于 80 N载荷条件下具有比较稳定的摩擦磨损性能 ;在 85～ 1 3 5 N范围内其摩擦磨损性能优于 Mo Si2 材料 .WSi2 /Mo Si2 复合材料的磨损机理表现为脆性断裂和粘着磨损     

锻造CoCrMo合金关节材料的摩擦腐蚀行为

采用UMT-2多功能摩擦磨损试验机和电化学工作站(CHI614E)考察了锻造Co Cr Mo合金在25%小牛血清溶液条件下的摩擦腐蚀性能,利用扫描电镜观察了摩擦腐蚀的形貌特征,对腐蚀损失量、机械磨损损失量及腐蚀和磨损的协同损失量进行了对比分析.结果表明:锻造Co Cr Mo合金的腐蚀电位(Ecorr)约-820 m V,在0.5~0.75 V区间出现二次钝化.不同载荷条件下,摩擦腐蚀的摩擦系数均大于纯摩擦系数,且随载荷的增加而减小,摩擦腐蚀电流则随载荷的增加而增大.随载荷的增加,机械磨损损失量所占比例增大,腐蚀损失量所占比例降低.摩擦腐蚀的协同损失量占到总损失量的30%以上,且随载荷增加而增大.     

含氢无定型碳摩擦转移膜结构演化规律研究

利用中频磁控溅射系统制备a-C:H润滑薄膜,并使用球-盘摩擦机考察了空气和干燥氮气(N₂)氛围中a-C:H薄膜摩擦行为的差异,讨论了随着摩擦时间增加,薄膜上磨痕及Al₂O₃对偶球上转移膜的结构变化对摩擦行为的影响. 试验结果显示:a-C:H薄膜在干燥氮气中摩擦具有比在空气中更低的摩擦系数和更长的磨损寿命. 微观结构分析表明,转移膜可以起到降低摩擦的作用,在干燥氮气中,随着摩擦进行,Al₂O₃对偶球上逐渐形成具有典型DLC特征的碳转移膜并稳定地存在,这是摩擦性能进一步提高的原因. 此外,在干燥氮气中摩擦,磨痕表面和对偶球上转移膜表面结构均趋于“石墨化”. 上述二者的共同作用使得a-C:H薄膜在N₂环境下比在空气中更低的摩擦磨损.      

激光网格化淬火表面渗硫/纳米微粒复合层的摩擦学性能研究

利用MFT-R4000摩擦磨损试验机考察了激光网格化淬火表面渗硫复合层(简称SLD层)和激光网格化淬火表面渗硫/纳米微粒复合层(简称NLD层)在不同试验载荷时的减摩抗磨性能,利用SEM和XPS分析了不同试验条件下磨损表面形貌和所含元素及其化学价态.结果表明:NLD层不仅在重载荷下的减摩性能比SLD层的优异,其在干摩擦条件下的摩擦系数仅为0.075左右,而且在较低试验载荷下具有很长的使用寿命.磨损表面元素分析发现S元素以硫化物和硫酸盐形式存在,但没有发现Si元素,这表明磨损表面形成了主要由硫化物、硫酸盐和氧化物组成的摩擦化学反应膜,而n-SiO2颗粒在摩擦表面可能起到了"微纳滚珠"的作用.     

二硅化钼自配副在干摩擦条件下的摩擦学性能研究

在 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机上考察了不同载荷下金属间化合物二硅化钼自配副的干摩擦磨损性能 ,采用扫描电子显微镜和微探针观察与分析了其磨损表面形貌 ,并对材料的摩擦磨损机制进行了探讨 .结果表明 :干摩擦条件下 Mo Si2 自配副在载荷为 5 0～ 10 0 N时具有较好的综合摩擦磨损性能 ,摩擦系数和磨损率分别维持在 0 .11和 6 .0×10 - 5g/ min;随着载荷的增大 ,Mo Si2 自配副的主要磨损机理从塑性变形和疲劳磨损转变为氧化磨损     

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.     

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.     

不同形态的二硫化钼润滑剂在离子液体中的摩擦学性能

以1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体为基础油,考察了不同形态二硫化钼(Mo S2)微粒的摩擦学性能.低载低速下,空心球形Mo S2(空心球)与片状纳米Mo S2(纳米片)均能改善基础油的减摩抗磨性能,片状微米Mo S2(微米片)不仅不具备减摩性能,还会增加磨损;高载高速下,空心球仍保持着较好的减摩抗磨性能,微米片也表现出一定的减摩抗磨能力,而纳米片易导致润滑失效.纯离子液体润滑时钢球表面出现了一定的疲劳磨损,添加空心球与纳米片后,疲劳磨损消失,磨损量下降.空心球与纳米片润滑时,Mo S2能转移到摩擦表面,少部分仍以Mo S2形式存在,其余Mo S2与基础油及摩擦副材料等发生摩擦化学反应,形成由Mo O3、Mo S2、Fe PO4、Fe SO4、Fe F2及含N与S的有机物组成的复合润滑膜;微米片润滑时,很少Mo S2参与了转移膜的形成,因而对基础油改性效果较差.     

调制比对WSx/a-C多层膜微观组织及摩擦学性能的影响

采用磁控溅射交替溅射WS2和石墨靶,在200℃的Si基体上制备了不同调制比的WS_x/a-C多层膜(调制周期约为20 nm).利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子谱(XPS)等手段表征了多层膜的微观结构;采用纳米压痕仪、薄膜应力测试仪、涂层附着力划痕仪和球盘式摩擦磨损试验机测试多层膜的机械性能及大气中的的摩擦磨损性能.结果表明:WS_x/a-C多层膜表面平整、结构致密,S/W比在0.92~0.97范围内波动,WS_x子层以微晶的形式存在,WS_x/a-C相界面处形成了WC相.随着调制比的增加,多层膜的硬度由7.8 GPa升高至9.0GPa,膜内压应力先减小后增大,结合力单调减小,摩擦系数由0.18增至0.29,磨损率迅速升高.调制比为1∶39的多层膜的摩擦学性能最佳,其磨损率约为6.1×10~(–15) m~3/(N·m).     

不同摩擦工况下纯铁试样表面磁记忆现象研究

采用纯铁圆盘试样与标准碳钢钢球(45钢)组成球-盘摩擦副进行旋转摩擦试验,研究在干摩擦条件下,不同的滑动速度及法向载荷下摩擦表面的磁记忆现象.试验结果表明:磨损前后磁记忆信号存在较大差异,磨损后的磁记忆信号在磨痕处出现信号突变,此突变信号可以准确地表征磨痕的位置及磨痕的宽度.对磁记忆信号进行梯度处理,可以发现不同工况下磨痕处的信号峰面积S、交点距n及梯度峰峰值Vpp三者均不相同,且与磨痕的特征存在一定的关系.此外,通过获取不同干摩擦条件下磨痕处的梯度信号特征值,发现信号峰面积S、交点距n及梯度峰峰值Vpp三者均随滑动速度及法向载荷的增大而增大.     

氟化非晶碳基薄膜摩擦学行为对配副材料的依赖性

为了系统研究氟掺杂对非晶碳基薄膜摩擦学行为的影响,以C_2H_2和CF_4为气源,通过等离子体增强化学气相沉积方法制备不同F含量的非晶碳基薄膜.采用XPS、SEM、Raman光谱以及纳米压痕等技术测定薄膜的微观结构、化学组成和力学性能,利用球-盘式往复摩擦试验机评价薄膜与不同配副材料的摩擦磨损性能.结果显示:较低F含量并未显著影响薄膜与强碳黏着对偶Ti、WC和Si_3N_4的摩擦系数;少量F原子掺杂明显增加了薄膜与弱碳黏着对偶ZrO_2和Al_2O_3的摩擦系数;薄膜与GCr15对偶的摩擦系数随F含量增加而明显升高;高F含量导致薄膜与Cu对偶的摩擦系数产生明显波动,而导致薄膜与Al对偶的摩擦系数显著增加;值得注意的是,高F含量薄膜在不同体系中都表现出高摩擦低磨损的特点.高活性F原子与对偶材料的摩擦化学作用能够合理解释不同体系摩擦学行为.     

钛合金与钴铬钼切向微动磨损行为研究

本文中以Ti6Al4V与CoCrMo合金为研究对象,在不同介质中开展了球/面切向微动磨损的试验研究,结合多种微观分析手段,揭示了不同条件下钛合金与钴铬钼间切向微动运行特性和损伤机理.结果表明：钛合金球与钴铬钼平面间的切向微动主要运行于部分滑移区和混合区.随着微动振幅的增加,F_t-D曲线从直线型向椭圆型转变,其中振幅较大时微动末期F_t-D曲线呈平行四边型.在部分滑移区,摩擦系数较小且保持不变,磨痕表面磨损轻微.在混合区,摩擦系数的变化因振幅的不同各存在两种情况.在振幅较小的混合区,磨斑边缘有磨屑堆积,中心以黏着为主.在振幅较大的混合区,磨痕表面以磨粒磨损为主.     

速度和载荷对脂润滑2Cr13钢离子渗氮层摩擦学行为的影响

利用销-盘式摩擦磨损试验机对不同速度和载荷条件下 PFPE脂润滑2Cr13钢离子渗氮层进行了系统的真空滑动摩擦磨损试验.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分别对磨损表面的形貌、化学状态及润滑脂的成分进行分析.结果表明:随着载荷和滑动速度的增加,脂润滑渗氮层的磨损机制由轻微磨损向轻微复合磨损机制转变.在真空摩擦磨损过程中2Cr13钢离子渗氮层与PFPE润滑脂发生化学反应,并有FeF3生成,促进PFPE润滑脂发生降解,形成酸性的氟化物.增加载荷和速度会加速渗氮层与润滑脂之间的反应,进一步促进润滑脂的降解.     

纳尺度下类金刚石(DLC)薄膜摩擦性能研究

类金刚石薄膜(DLC)作为保护涂层在磁存储系统和微/纳米机电系统(M/NEMS)等方面的应用十分广泛,但其在实际应用中存在着摩擦副的设计问题,本文中采用物理气相沉积(PVD)技术以金属Cr作为过渡层在硅基底上制备类金刚石薄膜,利用原子力显微镜,对类金刚石薄膜的表面特性进行表征,并研究针尖的力学性能对类金刚石薄膜摩擦学性能的影响.结果表明纳尺度下硅针尖和氮化硅针尖测得的摩擦力与法向载荷之间均呈线性关系,这说明针尖材料对类金刚石薄膜的摩擦性能没有影响.Si针尖的SEM图像表明:高载荷下,Si/DLC摩擦副的摩擦系数增加是由于Si针尖的磨损;而类金刚石薄膜的AFM图像表明:Si3N4/DLC摩擦副的摩擦系数增加是由于类金刚石薄膜表面的粗糙峰在高载条件下发生了塑性变形,DMT理论计算验证了我们的实验结果.因此,本研究对于类金刚石薄膜在实际应用中摩擦副的设计具有指导意义.     

不同配副下ZrB2-SiC复相陶瓷的摩擦学性能

以微米级ZrB_2和SiC粉末为原料,采用热压烧结制备ZrB_2-SiC复相陶瓷,考察了SiC含量,摩擦对偶,速度和载荷对ZrB_2-SiC复相陶瓷摩擦磨损特性的影响.结果表明:ZrB_2-SiC复相陶瓷的摩擦系数和磨损率对SiC含量和摩擦对偶的变化较为敏感,速度和载荷变化,摩擦系数和磨损率的波动较大;以WC为对偶,速度0.1 m/s,载荷5 N时的ZrB_2-SiC复相陶瓷的平均摩擦系数和磨损率分别仅为0.4和2.41×10–4 mm3/(N·m).ZrB_2-SiC复相陶瓷的磨损机制以机械磨损为主,伴有轻微摩擦氧化,摩擦层的形成有利于摩擦系数的减小.     

Ti3SiC2、不锈钢和NiCr合金在人工海水中的摩擦学性能

在SRV-1型摩擦磨损试验机上考察了Ti3SiC2、NiCr合金和不锈钢在干摩擦、蒸馏水和人工海水中的摩擦磨损性能,并用扫描电镜(SEM-EDS)及光电子能谱(XPS)对磨痕形貌及成分进行分析.结果表明:Ti3SiC2/Al2O3摩擦副的摩擦系数对摩擦条件变化不敏感,在液体介质中磨损稍有降低.3种摩擦条件下存在机械磨损和摩擦氧化磨损竞争,但机械磨损始终为主要磨损机制,因此摩擦和磨损较大.不锈钢/Al2O3和NiCr合金/Al2O3两摩擦副对摩擦条件变化较敏感,摩擦系数和磨损率在于摩擦、蒸馏水和海水中依次降低,其中NiCr合金降低幅度最大.干摩擦条件下两者以机械磨损为主要磨损机制,表现为黏着磨损和材料转移;蒸馏水中机械磨损和摩擦氧化磨损并存;海水中以腐蚀磨损为主导,腐蚀产物FeCl2、CrCl3或CrO22-或CrO2-等具有减摩抗磨作用.     

30CrMnSiNi2A钢干滑动摩擦磨损特性研究

利用销盘高速干滑动摩擦磨损试验机,对30Cr Mn Si Ni2A低合金超高强度钢的摩擦磨损性能进行了研究,应用JSM-6390A型扫描电子显微镜和X-衍射方法对摩擦磨损表面进行观察,表征其摩擦表面的微观形貌、摩擦磨损产生的磨屑以及由于摩擦产热而引起的氧化物,进而推断出磨损机制.结果表明:摩擦系数随速度和载荷的增大而减少,其速度是影响摩擦系数的主要因素;在摩擦初期当摩擦系数快速下降时,摩擦表面温度急剧增加,当达到一定数值后二者都形成一个动态的平衡;随着速度和载荷增大,磨损机理主要由氧化磨损转变为剥落、塑性变形、犁沟以及黏着磨损,且磨损表层的氧化物由Fe O转变为Fe_3O_4和Fe_2O_3,当出现Fe_2O_3氧化物时,磨损率急剧升高.