偏压及测试环境对新型MoS2-Ti复合膜摩擦学性能的影响

采用新型高功率脉冲复合磁控溅射技术制备MoS2-Ti复合膜,并研究基体偏压和测试环境对复合膜摩擦学性能的影响.结果表明:制备的MoS2-Ti复合膜表面呈现颗粒状结构,Ti在薄膜表层与O反应形成氧化物有效抑制MoS2的氧化.随着基体负偏压从OV增大到-400 V,复合膜的S/Mo原子比逐渐减小.在-300 V偏压下,颗粒堆积最为紧密,薄膜硬度和弹性模量达到最大值,分别为9.7和137.1GPa,并具有最低的平均摩擦系数值(0.04)和磨损率[(10-7mm3/(N·m)].多种测试环境下的摩擦研究显示:在室温大气环境下复合膜的摩擦学性能与其结构的致密性紧密相关,而在N2以及不同湿度环境下薄膜表现出的优异摩擦学性能则归因于在摩擦过程中有效形成的转移膜贡献.     

偏压对硅掺杂类金刚石碳膜力学及摩擦学性能的影响

通过磁控溅射沉积过程中,硅靶表面中毒制备表面微量硅掺杂类金刚石薄膜,并改变沉积偏压制备出不同结构及性能的含硅类金刚石薄膜.利用XPS、拉曼光谱仪、SEM、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机等手段表征含硅类金刚石薄膜的结构、横截面形貌、力学性能及摩擦学性能.结果表明：偏压为-600 V下沉积Si-DLC薄膜具有致密结构,高结合力,高硬度的特性,在大气环境下,薄膜与Al2O3陶瓷球对摩表现出优良的摩擦学性能,摩擦系数与磨损率分别为0.018和1.60×10-16 m3/（N.m）.     

不同调制周期MoS2/DLC多层薄膜结构及摩擦学性能

采用多靶射频磁控溅射方法,在Si(100)衬底上制备不同调制周期(Λ分别为54 nm、30 nm、18 nm)MoS_2/类金刚石(DLC)多层薄膜.利用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜、纳米压痕仪研究多层膜的形貌、微观结构及力学性能受调制周期的影响规律;利用球-盘摩擦试验机考察薄膜在大气环境下的润滑性能.结果表明:采用交替沉积MoS_2/DLC多层膜可有效抑制溅射MoS_2中柱状结构生长,制备的薄膜结构致密;多层膜硬度随调制周期的增加而增大.透射断面分析表明:多层膜层间界面不平整但周期性结构清晰且致密,其调制周期厚度与试验设定值基本一致.与纯MoS_2薄膜相比,调制周期为54 nm的薄膜具有较好的法向承载及弹性恢复能力,其硬度最高,达7.15 GPa;法向载荷为5 N时,该薄膜在大气环境(相对湿度约30%)下具有最低的摩擦系数(0.09)和最低的磨损率[1.34×10~(–7) mm~3/(N·m)].     

三种典型船舶轴承复合材料的物理性能对摩擦学行为的影响研究

船舶轴承内衬复合材料的摩擦磨损往往伴随微纳接触界面材料的拉伸、撕裂、剥落和温升等物理行为,其物理性能对其摩擦学性能有重要影响.本文中检测了三种典型船舶轴承复合材料(塑料聚合物、赛龙合成橡胶和铁犁木材料)的拉伸强度、撕裂强度、热变形温度和亲水性,通过在RTEC多功能摩擦磨损试验机上考察了三种材料的摩擦磨损行为,并用激光共聚焦显微镜(CLSM)和扫描电镜(SEM)观察了试样磨损形貌,讨论了三种复合材料的典型物理性能对其摩擦磨损行为的影响规律.结果表明:良好的撕裂强度和拉伸强度、较高的热变形温度使得赛龙材料具有良好的耐磨损性能;具有优异亲水性的铁犁木材料在水润滑条件下具有极低的初始滑动摩擦系数.研究结果可为选择和设计船舶轴承复合材料摩擦配副提供指导依据.     

外加直流电场对DLC/PAO固液复合润滑体系摩擦学行为的影响

本文中利用球-盘式载流摩擦试验机研究了DLC/PAO固液复合润滑体系在外加直流电场中的摩擦学行为,考察摩擦副滑动速度、加载电压以及回路电流的影响,结果表明:外加直流电场对复合润滑体系摩擦磨损行为的影响与摩擦副的滑动速度密切相关,这源于不同润滑状态时DLC薄膜的电气损伤行为以及薄膜的结构、成分变化.根据润滑状态和外加电压的不同,DLC薄膜的电气损伤可以表现为线状隆起或烧蚀坑,其中线状隆起型损伤源于载流摩擦界面的焦耳热,烧蚀坑损伤则源于摩擦对偶之间的拉弧放电及PAO油膜的击穿.Raman光谱显示电气损伤区DLC薄膜发生显著的石墨化转变,且石墨化程度取决于回路电流的大小.外加电场条件下DLC薄膜的石墨化转变虽然在一定条件下可使复合润滑体系的摩擦系数降低,但削弱了DLC薄膜的抗磨性能,使薄膜的磨损表现为电气损伤和机械磨损的耦合.     

蛇纹石矿物作为润滑油添加剂对锡青铜摩擦学行为的影响

采用SRV滑动磨损试验机考察了蛇纹石天然矿物粉体作为添加剂对油润滑条件下与钢对磨时锡青铜摩擦磨损的影响.借助扫描电镜、能谱仪、X射线光电子能谱仪、纳米压痕仪等对磨损表面形貌、元素组成与化学状态,以及纳米力学性能进行了分析,探讨了蛇纹石添加剂改善锡青铜摩擦学性能的作用机制.结果表明:蛇纹石矿物在锡青铜表面形成了1层由金属氧化物、氧化物陶瓷、石墨和有机物构成的复合摩擦反应膜,其纳米硬度和弹性模量呈表面低、内部高的梯度变化,从而显著改善了油润滑条件下锡青铜的摩擦学性能.     

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.     

纳米碳酸钙作为润滑脂添加剂的摩擦学性能及流变行为研究

使用碳化法制备出三种具有不同粒径的纳米碳酸钙颗粒,利用透射电镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对其形貌及结构组成进行表征.通过UMT-2摩擦学试验机及RS6000流变仪分别考察了纳米颗粒作为润滑脂添加剂的摩擦学性能及流变学行为,并通过X射线多功能电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行分析.结果表明:所制备的三种纳米颗粒均为方解石结构,可以显著提高基础脂的减摩抗磨性能;添加剂浓度及添加剂尺寸均会影响润滑脂最终的摩擦学性能;在最佳添加浓度和尺寸条件下,能够同时获得最佳的抗磨减摩性能;过高的添加剂浓度会影响润滑脂的结构稳定性,进而影响其摩擦学性能;三种纳米添加剂在磨斑表面形成以碳酸钙为主要成分的润滑膜,纳米颗粒物理性质的差异可能导致其摩擦学性能的差异.     

不同金属基体上的MoS2纳米微粒LB膜摩擦学行为研究

研究了Ｃｕ,Ａｇ及Ａｕ等金属基体上二烷基二硫代磷酸修饰ＭｏＳ２纳为微粒ＬＢ膜的摩擦学性能,用红外显微镜分析ＬＢ膜在摩擦过程中的结构变化,用电子探针分析考察不同金属基体上ＬＢ膜的磨痕形貌,结果表明：ＤＤＰ修饰ＭｏＳ２纳米微粒ＬＢ膜可有效低Ａｇ和Ｃｕ与ＧＣｒ１５钢对摩时的摩擦系数,该ＬＢ膜极易向对偶转移并摩擦过程中发生摩擦化学变化,主要包括无序化转变及修饰剂的部分分解,无机纲米核起主要承载和抗磨作用,     

表面织构对管道内壁碳基涂层润湿性与摩擦学性能影响

采用等离子体增强化学气相沉积技术在管道内表面沉积超厚类金刚石涂层(厚度不小于15 μm),通过激光织构和喷砂对管道内表面进行织构化处理,研究其对超厚类金刚石涂层摩擦学性能和储油的影响. 结果表明:在PAO 10润滑下,调节织构化参数(设置不同的激光织构图案和喷砂压力),可以使管道内壁类金刚石涂层与PAO 10之间的润湿性和摩擦学性能达到最优. 载油高速旋转试验结果表明:经过2.06×105 Pa(30 psi)的喷砂压力和0.01 mm×0.01 mm激光点阵处理的织构涂层具有最佳的储油性能,可以减少润滑油在实际工况中的爬升和外溢. 而图案为0.01 mm×0.01 mm点阵的激光织构涂层具有最低的摩擦系数,避免了管状构件往复运动中可能出现的涂层损伤. 因此,通过优化织构的密度和直径,可以提升管道内壁上超厚类金刚石涂层的储油和摩擦学性能.      

掺W类金刚石薄膜的高温摩擦学行为

采用阳极层流型离子源结合非平衡磁控溅射技术制备了含氢掺钨类金刚石(W-DLC)薄膜,利用TEM、SEM、XRD、Raman光谱仪和摩擦磨损试验机等方法分析了薄膜的结构、形貌以及在高温下的摩擦学性能,探讨了W-DLC薄膜在高温下摩擦磨损行为作用机理.结果表明:W-DLC薄膜中钨原子以WC1-x纳米晶团簇的形式随机分布于碳基质中,增强了薄膜的韧性.W-DLC薄膜在25~200℃范围内的摩擦系数可稳定在0.1以下,在300℃时的摩擦系数则高达0.5,当试验温度进一步升高到400℃时,薄膜的摩擦系数反而降低至0.3左右,当试验温度升高到500℃时,W-DLC薄膜中的W被氧化生成WO_3和摩擦诱导生成的石墨共同作用,使得薄膜的摩擦系数降到0.15左右,说明W-DLC薄膜在高温下仍然具有优异的减摩特性.然而,W-DLC薄膜的磨损率在25~500℃范围内表现出随着温度的升高而不断增大的趋势.     

含氮类金刚石薄膜的力学和摩擦学性能的研究

利用脉冲等离子体增强化学气相沉积系统沉积了含氮类金刚石碳薄膜.利用X射线光电子能谱和红外光谱分析了薄膜的化学键状态,在UMT摩擦磨损试验机上考察了薄膜的摩擦学性能,利用扫描电子显微镜分析了摩擦对偶球表面的转移膜形貌.结果表明:随着薄膜中氮含量的增加,薄膜中的sp2C含量增加,硬度有所降低,薄膜的平均摩擦系数先减小后增加.     

离子液体/织构化类金刚石碳复合润滑薄膜的构筑及其摩擦学性能的研究

分别采用激光织构、磁控溅射和浸渍-提拉技术在单晶硅片表面成功构筑了具有离子液体纳米薄膜的织构化类金刚石碳复合润滑薄膜,采用三维轮廓仪和SEM观察了织构化类金刚石碳表面,通过X射线光电子能谱证实了织构化类金刚石碳膜表面离子液体纳米薄膜的存在,并利用微摩擦试验机重点考察和理论分析了这种复合润滑薄膜在较大和微载荷下的摩擦学性能.研究结果表明:这种离子液体/织构化类金刚石碳复合润滑薄膜在微载荷下能够有效地缩短磨合时间、降低摩擦系数,然而其在小载荷下摩擦学性能欠佳.     

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.     

类金刚石薄膜表面有机单分子薄膜的制备及其摩擦性能研究

采用加热法在类金刚石薄膜表面制备1-十八烯自组装有机单分子薄膜,采用接触角测量仪及傅立叶变换红外光谱仪表征薄膜的结构,在原子力显微镜及UMT-2MT型摩擦磨损试验机上从微观和宏观2个角度考察了薄膜的摩擦性能.结果表明,经过十八烯修饰后,DLC薄膜表面疏水性能提高,摩擦系数明显降低,有利于DLC薄膜在微机电系统中的应用.     

类金刚石碳膜的摩擦学特性及其研究进展

从类金刚石碳膜作为耐磨涂层的角度出发,综述了近年来国际上关于类金刚石碳膜摩擦学特性的大量研究,着重讨论了影响类金刚石碳膜摩擦学特性的主要工艺参数和因素,阐明了类金刚石碳膜与金刚石膜在性能上的差异,指出了类金刚石碳膜的发展现状和趋势。     

氮及钛等离子体基离子注入铝合金表面改性层的摩擦磨损性能研究

研究了铝合金LY12等离子体基氮及钛离子注入层的摩擦磨损性能。用X射线光电子能谱和小掠射角X射线衍射对改性层中各元素分布及相组成进行了分析。用扫描电子显微镜对注入层形貌进行了观察和分析。结果表明：注入层由TiN、α-Ti、AlN、Al2O3和TiO2等相组成;注入后试样硬度提高了1倍以上;在低载荷下,摩擦系数处于0．10－0．14之间,注入层寿命提高了12倍以上,耐磨性提高了100倍以上;随着滑动载中增加,摩擦系数有所增大,而磨性有所降低;在注入层被磨穿以前以剥层磨损为主并伴有轻微的划伤,在注入层被磨穿以后以粘着磨损为主并伴有犁沟和粘着转移。注入改性层具有适当的梯度结构是提高铝事金表面硬度和耐磨性的主要原因。     

铝合金表面等离子体基离子注入碳层的摩擦学性能

在LY12铝合金氮等离子体基离子注入的基础上，制备了3种含不同中间层的碳改性层，用X射线光电子能谱仪分析了改性层的成分分布，考察了中间层对改性层同钢球对摩时的摩擦学性能的影响．结果表明：所制备的碳层改性层表层为平整、光滑、致密的类金刚石碳膜，在界面上注入的碳与中间层反应生成连接化合物，从而使得其表面硬度及摩擦学性能大幅度提高；中间层使改性层结构、厚度及表面形貌发生变化，进而对其表面硬度及摩擦学性能产生影响，其中以注钛后注氮钛中间层所对应的改性层摩擦学性能最佳；但随载荷增加，改性层加速减薄，摩擦学性能降低．