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.      

金属材料延性对其薄膜-柔性基底结构延展性的影响

自由金属薄膜轴向拉伸时的极限伸长率一般约为1%～2%,而沉积在具有一定厚度和刚度的柔性基底上的金属薄膜伸长率可能大大增加,因此此类复合结构在柔性电子器件中有较好的应用前景。采用有限元法对不同延性的薄膜-基底结构拉伸变形至其颈缩断裂过程进行了模拟,研究材料延性对其薄膜-基底延展性的影响。将内聚力模型运用到金属薄膜的断裂研究中,通过改变内聚力模型参数来模拟具有不同延性的金属薄膜。计算结果表明,脆性膜-基结构的延展性与相应的自由金属薄膜相当,而当材料延性较好时,柔性基底能起到抑制颈缩的发展,从而使膜-基结构的整体延展性得到大幅度增加,说明薄膜材料本身的延性对薄膜-基底结构的延展性具有很大影响。     

激光冲击对氧化石墨烯薄膜的结构及力电性能影响

采用激光烧蚀氧化石墨烯薄膜,可实现其微尺度图案化加工,以应用于微纳米电子器件。但激光冲击下氧化石墨烯薄膜的结构及力、电性能变化直接影响了器件稳定性和可靠性。为研究超高应变率加载对氧化石墨烯薄膜的结构及性能的影响,采用不同功率激光冲击氧化石墨烯薄膜,通过对其表面形貌、化学成分表征揭示薄膜结构的改变机理,通过对薄膜冲击前后的硬度、弹性模量、导电率测试探索合理的激光加工参数。结果表明:在1.14 W功率的二氧化碳激光冲击下,可实现加工区氧化石墨烯薄膜的还原且不造成薄膜烧蚀断裂,其电导率可达到1.727×103 S/m,弹性模量为49.97 GPa,硬度为5.71 GPa。     

钛合金表面自润滑复合耐磨结构的制备及其摩擦性能研究

本文中采用激光微加工法在TC4钛合金表面制备了不同形貌与分布密度的微观织构,将表面织构、热氧化膜与PTFE润滑薄膜相复合制备了自润滑复合耐磨结构,同时考察了滑动条件下织构形貌及织构密度对这一复合结构摩擦磨损性能的影响.结果表明：与未织构面的润滑薄膜相比,织构面薄膜的结合力明显增大,表面织构与润滑薄膜的结合显著增强了材料的减摩抗磨性能.在最优的织构密度下,含有薄膜的织构化钛合金表面的磨损率可降低至1.5×10^-6 mm³/(N·m),较未织构面润滑薄膜的磨损率降低了99.3%.而将经热氧化的织构表面与润滑薄膜的结合则进一步提升了材料的耐磨性,热氧化织构面润滑薄膜的磨损率最低可达8.0×10^-7 mm³/(N·m),与未热氧化的织构面润滑薄膜相比,磨损率降低了46.1%.在相同的织构间距条件下,线型热氧化织构面显示出低而稳定的摩擦系数与极低的磨损量,这主要得益于高密度微织构对润滑介质的有效补充以及高硬度热氧化膜的耐磨性起到了协同减摩抗磨的作用.     

南海海洋大气环境二硫化钼纳米多层薄膜摩擦学行为研究

MoS_2薄膜在湿热大气环境长期存储后,由于严重的氧化导致其摩擦学性能大幅劣化,通常表现出较高的摩擦系数和较短的使用寿命.为了改善MoS_2薄膜在湿热大气环境下的抗氧化和摩擦学性能,通过非平衡闭合场磁控溅射技术制备了MoS_2/Pb-Ti纳米多层薄膜,首次研究了MoS2纳米多层复合薄膜与纯MoS_2薄膜在恶劣的南海海洋大气环境暴露储存6个月后的薄膜成分、摩擦学性能的衍化行为.结果表明:与纯MoS_2薄膜相比,MoS_2/Pb-Ti纳米多层薄膜具有更好的抗湿热氧化性能,其摩擦学性能几乎未受到南海储存环境的影响,依然表现出较低的摩擦系数和磨损率.借助XRD、XPS、TEM和纳米压痕硬度等分析手段发现其摩擦学性能的大幅改善是由于薄膜中大量的异质界面对其晶面结构、薄膜致密性和机械性能的改善,以及Pb/Ti金属复合相对MoS_2氧化的抑制作用.     

考虑空气耦合的薄膜结构动力分析

假定空气是可压缩、无粘性和有势的,推导了薄膜结构的非线性刚度矩阵和空气与薄膜结构耦合作用的气动力表达式。根据薄膜结构的受力特点,建立了薄膜结构与空气耦合系统的运动方程。采用有限元方法对无限域的空气进行简化,建立了空气与薄膜结构的耦合有限元模型,模拟了空气对薄膜结构的附加质量和声致阻尼影响。考虑薄膜结构的几何非线性,对结构在空气中的自由振动和受迫简谐振动进行了系统分析,同时探讨了流体环境对薄膜结构动力响应的影响因素。     

MoS2/a-C复合薄膜在高/低湿度环境下的摩擦学性能研究

采用磁控溅射方法制备了MoS_2薄膜与不同碳含量的MoS_2/a-C复合薄膜,利用XRD、SEM、Raman光谱仪、纳米压痕仪和CSM摩擦试验机等分析了复合薄膜的结构、力学和摩擦学性能.结果表明:MoS_2薄膜为疏松的柱状结构,MoS_2/a-C复合薄膜为无定形的致密结构,硬度较高.低湿环境下MoS_2薄膜与MoS_2/a-C复合薄膜的摩擦性能差别不明显;高湿环境下薄膜的摩擦系数和磨损率均有所升高,其中MoS_2薄膜与低碳含量的MoS_2/a-C复合薄膜氧化严重,而高碳含量的MoS_2/a-C复合薄膜的摩擦学性能稳定,对湿度交替变换的环境适应性更佳.这是由于碳元素掺杂改善复合薄膜的微观结构,提高复合薄膜的抗氧化性和力学性能.     

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.     

TA2表面磁控溅射CNx/SiC薄膜的纳米压痕与摩擦磨损性能

采用室温磁控溅射技术在工业纯钛(TA2)表面制备出氮化碳/碳化硅(CNx/SiC)双层薄膜,SiC为中间层.研究了CNx薄膜的纳米压痕行为和摩擦磨损性能.试验结果表明:CNx薄膜的纳米硬度(H)为15.80 GPa,杨氏弹性模量(E)为130.88 GPa,硬度与弹性模量比值(H/E)为0.121;与φ4mm的氮化硅球对摩,在载荷1.96 N、室温Kokubo人体模拟体液条件下,CNx薄膜的磨损速率为10-6mm3/(m·N)级,摩擦系数约为0.124,磨损后薄膜未出现裂纹和剥落.分析表明,薄膜具有的良好抗磨性能与其H/E高、抗腐蚀性强以及摩擦系统摩擦系数低相一致.     

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.     

纳米MoS2薄膜的浸涂—热解法制备和摩擦学性能研究

用浸涂 -热解法在玻璃基底表面制备了纳米 Mo S2 薄膜 ,利用 X射线光电子能谱仪、X射线粉末衍射仪、原子力显微镜、静 -动摩擦系数测量仪和扫描电子显微镜等仪器研究了薄膜的微观结构、表面形貌和摩擦学性能 ,初步探讨了薄膜的摩擦磨损机制 .结果表明 :浸涂 -热解法制备的 Mo S2 薄膜由近似非晶的纳米微晶组成 ,薄膜均匀、致密 ,表面粗糙度小 ;在室温干摩擦条件下 ,Mo S2 薄膜与 GCr15钢球对摩时显示出良好的抗磨减摩性能 ;当负荷为 1.0 N而滑动速度为 90 mm/ min时 ,其耐磨寿命大于 5 0 0 0次 ,摩擦系数最低可达 0 .12 .磨损表面形貌显微分析表明 :在低速和低负荷下薄膜的磨损机制主要是塑性变形和轻微粘着转移 ,而在较负荷和速度下的主要磨损机制为塑性变形和严重剥落     

大气环境下YBa_2Cu_3O_7薄膜的摩擦行为和表面形貌

利用球 -盘摩擦试验装置考察了大气环境下 YBa2 Cu3O7薄膜和多晶硅薄膜同蓝宝石球及钢球对摩时的摩擦行为 ,并用原子力显微镜对其表面形貌进行了分析 .结果表明 :表面相对较粗糙的 YBa2 Cu3O7薄膜与蓝宝石球对摩时的摩擦系数低于多晶硅薄膜 /蓝宝石球的摩擦系数 ;而 2种薄膜与钢球对摩时的摩擦系数相当 ;YBa2 Cu3O7薄膜与蓝宝石球对摩时的启动摩擦非常稳定 ,而多晶硅薄膜的启动摩擦很不稳定 ;与钢球对摩时两者的启动摩擦则都比较稳定 .对 YBa2 Cu3O7薄膜的磨损表面形貌分析研究表明 ,其表面突出物结合疏松 ,容易从基体表面磨损脱落 .     

多弧镀及磁过滤阴极弧沉积TiN薄膜的摩擦学性能对比

分别采用多弧离子镀(MAIP)和带有平面"S"形过滤管的磁过滤阴极弧设备(FCAP)在不锈钢基底上制备了2种TiN薄膜;采用往复式球-盘摩擦磨损试验机评价了2种薄膜的摩擦学性能;采用扫描电子显微镜观察和分析了薄膜磨斑表面形貌及其元素面分布.结果表明:采用FCAP技术制备的薄膜表面光滑、缺陷少、普遍具有明显的(111)面择优取向;而采用MAIP技术制备的薄膜表面存在较多大小不一的颗粒和孔洞,且无明显取向.在较低载荷下,采用FCAP薄膜表现出较好的抗磨性能,其磨斑表面存在沉积的TiN磨屑;而采用MAIP制备的薄膜磨斑表面无转移沉积磨屑,摩擦系数较高.     

两种UHMWPE／Kaolin复合材料在干摩擦条件下的滑动摩擦磨损性能研究

在ＭＭ－２００型磨损试验机上分别对以釜内聚合和熔融机械混合方法制备的高岭土填充超高分子量聚乙烯基复合材料（ＵＨＭＷＰＥ／Ｋａｏｌｉｎ）在干摩擦条件下与４５＾＃钢对摩时的摩擦磨损性能进行了研究,并用扫描电子显微镜和立体光学显微镜对其磨损表面进行了观察与分析,对材料的磨损机理进行了探讨。结果表明：引入适量的高岭土能明显降低ＵＨＭＷＰＥ的摩擦系数和磨损率,用釜内聚合方法制备的ＵＨＭＷＰＥ／Ｋａｏｌｉｎ复     

纤维增强铸型尼龙在水润滑条件下的摩擦磨损性能研究

考察了玻璃纤维和碳纤维增强MC尼龙在水润滑条件下的摩擦磨损特性,并借助扫描电子显微镜和表面形貌仪分析了磨损机理。结果表明：在水润滑条件下,纤维增强MC尼龙的摩擦系数比干摩擦下的低,耐磨性优于未增强的基体材料;其中碳纤维增强MC尼龙比玻璃纤维增强MC尼龙具有更低的摩擦系数和更高的耐磨性能;碳纤维增强MC尼龙的磨损机理主要是粘着转移,同时伴有犁削作用,而玻璃纤维增强MC尼龙的磨损机理主要是犁削作用。     

Cr12MoV钢离子渗氮和硫、碳、氮复合共渗层摩擦学性能研究

采用离子渗N和S、C、N复合共渗技术在Cr12MoV钢表面制备了由硫化物组成的改性层，考察了改性层在不同润滑条件下的摩擦磨损性能，并采用扫描电子显微镜观察分析试样磨损表面形貌。结果表明：Cr12MoV钢表面经复合共渗处理后形成具有良好储油能力的多孔硫化物层，硫化物层在油润滑条件下可以显著提高Cr12MoV钢表面的摩擦磨损性能。     

含氟硅油作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

用SRV摩擦磨损试验机评价了2种含氟硅油在聚α烯烃基础油中作为添加剂时的摩擦学性能,用扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）观察并分析了磨斑表面形貌和主要元素的化学状态,探讨了含氟硅油的摩擦化学机制。结果表明：含氟硅油具有优良的减摩和抗磨性能;含氟硅油在摩擦作用下发生分解,在摩擦副表面生成的含氟的摩擦化学产物是提高摩擦副抗磨减摩性能的关键因素。     

硅表面聚苯乙烯自组装超薄膜的制备及摩擦磨损性能研究

研究了苯乙烯 -乙烯基三乙氧基硅烷共聚物在羟基化基片上的自组装行为及聚合物超薄膜的摩擦磨损性能 .结果表明 ,自组装聚合物薄膜的厚度和均匀程度取决于聚合物成膜溶液的浓度 .与空白基底相比 ,自组装膜修饰的基底在低载荷下同钢对摩时的摩擦系数更低 ,耐磨寿命更长 .因此 ,自组装聚合物薄膜可以作为低载荷下硅基材料的减摩抗磨防护层     

CF/PTFE纤维混编织物增强环氧复合材料干摩擦特性

采用碳纤维与聚四氟乙烯纤维(CF/PTFE)混编织物增强,制备了环氧树脂基自润滑复合材料,研究了钢背衬复合材料与45钢在环-环端面干摩擦状态下的摩擦学特性,考查了纤维织物、摩擦热、载荷、速度对材料摩擦磨损性能的影响,用红外热像仪、热电偶及风冷方式对摩擦副温度进行监控,用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对复合材料及偶件磨损面进行了观察与能谱分析.结果表明:与碳织物相比,混编纤维织物大大改善了复合材料的摩擦学性能,改善效果极大依赖于摩擦温度、载荷和速度参数.PTFE纤维磨损后在树脂基体及偶件表面形成减摩型转移膜层,材料表现为疲劳磨损特征.摩擦高温使复合材料摩擦学特性改变,黏结磨损加剧,偶件钢环表面出现氧化磨损,树脂基体塑性流动,摩擦力增大.混编纤维的排布方式影响复合材料的摩擦磨损性能,摩擦面上大量破碎的碳纤维易使偶件表面转移膜受到破坏,复合材料转变为以磨粒磨损为主,减摩主要源于磨屑中的润滑组分.     

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。