离子束表面改性及其在摩擦学中的应用

本文对离子束表面改性的各种方法和技术水平及其在摩擦学中的应用进行了综述,讨论了为使这种技术更加广泛地应用于实际摩擦学体系还必须研究的一些问题。大量文献资料表明,离子注入是改善材料摩擦学性能的一种有效方法。离子束辅助涂层是新近发展起来的一种离子束表面改性技术,包括离子束增强沉积或离子束辅助沉积、离子束混合和离子束反冲注入。利用它可以制得0.05到几个微米厚的涂层。由于界面的相互扩散混合,离子束辅助涂层能更强地与底材结合,并且常比物理或化学气相沉积的涂层更密实。作者认为,离子束技术今后将在两个相关领域中发展,即直接的离子注入和离子辅助涂层,并且指出离子补助涂层技术将拓宽离子束技术在摩擦学中的应用范围。     

铝质材料的摩擦学表面改性

在工程应用中，铝质材料是一类重要性仅次于钢铁的金属材料。但是，铝质材料作为摩擦学材料，却存在着质软、摩擦系数高、磨损大、容易拉伤且难以润滑等严重弱点。为了总结科学工作者在铝质材料的摩擦学表面改性方面的研究成果，借以推动有关工作的深入开展，对这类材料的各种摩擦学表面改性技术的研究进展及其发展现状作了概述，其中，重点综合介绍的是本世纪八十年代新发展起来的自润滑阳极氧化铝处理技术的基本原理、处理方法和应用等，同时，根据有关的测试和分析结果，对自润滑阳极氧化铝在研究和开发工作中所存在的一些问题，以及产生这些问题的原因等进行了分析与讨论，并就其今后的发展方向和应当进行改进研究的几个重点课题作了预测与评述。     

利用铝＋氮或钛＋氮离子束辅助沉积改善纯铁摩擦学性能的研究

离子束辅助沉积是近几年发展起来的一种将离子注入与薄膜沉积融为一体的材料表面改性新技术。利用Ａｌ＋Ｎ＋或Ｔｉ＋Ｎ＋离子束辅助沉积对工业纯铁进行了表面改性处理，并且就其摩擦学性能与未经表面改性处理之纯铁试样的作了对比试验研究，同时还利用俄歇电子能谱仪、掠角Ｘ射线衍射仪和扫描电子显微镜等分析测试手段对离子束改性层的成分深度分布和微观组织结构，以及磨痕的表面形貌和元素面分布进行了分析。结果表明，Ａｌ＋Ｎ＋或Ｔｉ＋Ｎ＋离子束辅助沉积可以在纯铁表面形成Ｆｅ４Ｎ、Ｆｅ３Ａｌ或Ｆｅ２Ｎ、Ｆｅ２Ｔｉ等强化相，因而使材料的表层显微硬度分别提高了２１．５％和５８．４％，稳态摩擦下的摩擦系数分别降低约８０％和８３％，平均磨损量分别降低约７１％和８６％；磨损形式主要由纯铁严重的粘着磨损转化为轻微的氧化磨损。     

离子束混合镍—钼多层膜的显微结构与抗磨性

采用蒸发沉积结合Ｎｅ＾＋束轰击混合的方法，在ＧＣｒ１５轴承钢底材表面制备了Ｎｉ－Ｍｏ多层膜，并且利用俄歇电子能 仪、透射电子显微镜和Ｘ射线衍射仪等，对Ｎｉ－Ｍｏ多层膜的元素组成和分布，以及膜层的显微组织形态、相结构和硬度等进行了系统的观察、分析与测量，同时还就这种多层膜的抗磨的特性进行了试验研究。     

钛合金表面改性层的摩擦学性能

对生物医学钛合金表面进行不同的表面改性处理，用静动摩擦系数测定仪评价了改性层的摩擦学性能．结果表明：氢氧化钠溶液处理后的钻合金表面生成了较厚的TiO2层，改性层的摩擦系数显著降低，抗磨性能较好；钛合金表面TiO2溶胶—凝胶涂层在较高载荷(3N)下的抗磨性较差，而在较低载荷(1N)下的抗磨性能较好；热氧化处理后的钛合金表面在较高及较低载荷下的抗磨性都较差．钛合金表面的TiO2溶胶—凝胶涂层在较高载荷(3N)下的抗磨性能较差，这主要是因为TiO2溶胶—凝胶涂层涂覆Ti合金表面存在Al2O3所致．     

铝质材料的摩擦学表面改进

在工程应用中，铝质材料是一类重要性仅次于钢铁的金属材料，但是，铝质材料作为摩擦学材料，却存在着质软，摩擦系数高，磨损大，容易拉伤且难以润滑等严重弱点，为了总结科学工作者在铝质材料的摩擦学表面改性方面的研究成果，借以推动有关工作的深入开展，对材料的各种摩擦学表面改性技术的研究进及其发展现状作了概述，其中，重点综合介绍的是本世纪八十年代新发展起来的自润滑阳极氧化铝处理技术的基本原理，处理方法和应用等。     

塑料表面改性对其摩擦学性能影响

论述了采用离子注入、气相沉积、激光熔敷和等离子喷涂等表面改善塑料摩擦学性能方面的研究现状和进展,分析了塑料表面离子注入改性的机理,指出采用合适的表面改性工艺可有效地提高塑料表面的硬度并进而提高其耐磨性,从而进一步延长塑料的使用寿命 ,扩大其段А     

表面改性技术在微动摩擦学领域中的应用

对近年来国内外在采用表面改性技术改善材料的抗微动损伤性能方面的研究和进展作了简要的综述。分析了各种表面改性层在微动摩擦学中的应用和作用机制。指出采用多种表面改性手段，如表面机械强化，表面化学处理及表面涂覆等可不同程度地提高材料的抗微动损伤性能，延长零件的服役寿命。     

内燃机磨合与表面改性实验研究

针对EQ6100型汽油机,利用内燃机磨合台架试验装置对所研制的内燃机专用磨合油与普通15W／40内燃机油进行对比磨合试验,对磨合油液进行直读铁谱分析,对缸套－活塞环磨合表面形貌及元素组成进行测试分析。结果表明：专用磨合油的磨合效果明显优于普通内燃机油;超细金刚石微粉可以加速磨合进程,分化并减小磨屑尺寸,从而避免缸壁拉伤和改善缸套－活塞环摩擦副的摩擦学特性。     

环氧树脂表面金属离子注入改性层的摩擦学性能研究

以 3种剂量 (2× 10 1 5 ions/cm2 、1× 10 1 6 ions/cm2 及 1× 10 1 7ions/cm2 )分别对环氧树脂进行 Al、Ti和 Fe离子注入处理 ,采用 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机考察了注入改性层的摩擦学性能 ,采用傅立叶变换红外光谱仪分析离子注入前后环氧树脂表面基团及其键合方式 .结果表明 :3种金属离子注入处理后环氧树脂的耐磨性均显著提高 ,摩擦系数降低 ;其中 Al离子注入处理的摩擦学改性效果最好 ;对应于环氧树脂最小磨损体积损失的不同金属离子的注入剂量亦不同 .红外光谱分析结果表明 :经 Al离子注入后 ,环氧树脂表面保持微量的吸附水 ;同时其表面发生了脱氢及氧化等作用 ,形成了新的化学基团 ,且其立体网状交联程度提高 ,这使得离子注入处理后环氧树脂的减摩耐磨性能得以明显改善 .     

一种不锈轴承钢离子束增强沉积表面的微观分析和摩擦学性能研究

利用离子束增强沉积技术，在将Ｔｉ用Ａｒ＾＋束溅沉积到淬火态９Ｃｒ１８Ｍｏ不锈轴承钢表面的同时，分别用Ａｒ＾＋，Ｎ＾＋和Ｃ＾＋轰击试样表面，制取了增强沉积的表面改性层     

离子注入对SiO_2表面非晶碳薄膜的化学状态及摩擦学性能的影响

采用真空蒸镀法在 Si O2 表面制备非晶态碳纳米薄膜 ,考察了碳离子注入对非晶态碳薄膜与基体结合强度及摩擦学性能的影响 ,并采用 X射线光电子能谱表征了碳薄膜 /基体的界面化学状态 .研究结果表明 :非晶态碳薄膜经碳离子注入处理后 ,碳薄膜与基体的结合强度及其耐磨寿命均明显提高 ;当碳离子注入剂量达到 1× 10 1 6 C+ /cm2 时 ,碳薄膜与基体的结合强度增加 ,但碳薄膜耐磨寿命的提高幅度有限 ;当注入剂量达到并超过 5× 10 1 6 C+ /cm2 后 ,碳离子注入所引起的碰撞混合和化学混合作用直接导致碳薄膜与 Si O2 基体界面处的原子扩散以及 Si- C键的形成 ,从而大幅提高碳薄膜与基体的结合强度及其耐磨寿命 .     

离子束增强沉积氮化钛膜改善硬质合金刀具抗切削损伤性能的研究

通过切削对比试验，考察了分别用离子束增强沉积法和离子镀法镀覆ＴｉＮ膜的硬质合金刀具和无镀层的同种硬质合金刀具的抗切削损伤性能．结果表明，在给定的试验条件下，有离子束增强沉积ＴｉＮ膜硬质合金刀具的切削距离远比无镀层刀具的长，也比有离子镀ＴｉＮ膜刀具的长，其前面和后面的损伤都很小．这是离子束增强沉积过程中各种参数可以分别调节，膜层质量易于控制，能够形成致密度高且与基体结合力强的硬质薄膜的结果．刀具切削损伤的原因主要有磨损和脆性损伤，这都与刀具材料同被切削金属产生的粘着有关     

等离子体辅助球磨制备表面修饰纳米TiO2的摩擦学性能分析

以季铵盐和月桂酸钠为过程处理剂,利用等离子体辅助球磨制备表面修饰纳米TiO_2粉体,并测试其摩擦学性能.结果表明:在等离子体的热爆效应及脉冲电子轰击效应的协同作用下,辅助球磨11 h制备的表面修饰纳米TiO_2粉体粒径在20 nm左右,晶型发生由锐钛矿型向金红石型的转变.等离子体辅助球磨使得纳米TiO_2获得了良好的亲油疏水表面特性,在40CA船用润滑油中表现出稳定的分散性.由于纳米TiO_2粉体的"微轴承"作用,复合润滑油的摩擦系数降低,摩擦副的磨损失重量减少.纳米TiO_2粉体在摩擦过程中容易吸附沉积在摩擦副表面并修补磨痕,使得复合润滑油具备良好的减摩及自修复性能.     

Cr/Ag纳米多层薄膜膜-基结合强度及摩擦学性能研究

采用中频磁控溅射技术在AISI 440C钢表面制备了不同调制周期的Cr/Ag纳米多层薄膜.通过X射线衍射仪（XRD）及高分辨透射电子显微镜（HRTEM）分析表征了纳米多层薄膜的微观组织结构,通过划痕试验机与真空球-盘摩擦试验机分别测试了纳米多层薄膜膜-基结合强度及真空摩擦学性能,并与纯Ag薄膜及Cr/Ag双层薄膜进行了对比.结果表明：纳米多层结构可以显著提高Ag基固体润滑薄膜膜-基结合强度,Cr/Ag纳米多层薄膜在较高转速及载荷条件下表现出明显优于纯Ag及Cr/Ag双层薄膜的摩擦学性能.Cr薄膜层与钢基体表面良好结合以及纳米多层薄膜内良好的层间结合性能是纳米多层薄膜膜-基结合强度提高的主要原因.     

单源低能离子束辅助沉积类金刚石薄膜摩擦性能的研究

目前，制备类金刚石薄膜的方法很多，然而其中的多数在沉积过程中都需要基本具有比较高的温度，这不不可避免地会对耐温性较差的材料造成损伤，或使机械零部件发生变形和尺寸变化，因此，利用单源低能离子束辅助沉积法制备了非晶碳薄膜，并且利用喇曼光谱和俄歇电子能谱研究了薄膜的结构，发现了其为无定形的类金刚石薄膜，薄膜中的碳原子成键主要ｓｐ＾２杂化键，研究表明，随着离子能量和束流的增大，薄膜的显微硬度，摩擦系数和寿