金属底材上的离子镀和气相沉积金膜的摩擦学特性

近来的研究工作对离子镀膜与底材间的过渡界面以及离子镀金膜的摩擦、磨损性能进行了讨论。已运用X-光光电子能谱(XPS),深度分布和显微硬度沿深度的分布来研究该界面。研究了离子镀金膜和气相沉积金膜的摩擦、磨损性能,既在超高真空系统中考察了最大粘着状态,又在油中考察了最小粘着状态。结果表明,金在底材中的溶解性控制着此过渡层的厚度。而且认为,金-镍过渡层的形成也与热扩散及化学扩散机制有关。在铁-金过渡层中,金主要是分散在铁中,因此形成物理结合态交界层。金膜的硬度与测试点的深度有关,而且与金膜和底材间的组成梯度有关。镍-金交界层由于合金硬化效应而显示了最高的硬度。确定了膜厚对粘着和摩擦的影响。在薄膜区测得了最小的摩擦系数。检测表明,在蒸镀膜和底材间无过渡层。     

二硫化钼转移膜的X-射线衍射研究

利用X-射线衍射法测定了不同条件下,在对硫具有不同化学活性的铜、铁、铝底材上形成的MoS_2转移膜的晶体取向、物相状态及膜的厚度。探讨了这三种金属底材上在不同条件下形成的MoS_2转移膜厚擦磨损性能的差异。结果表明,在金属底材上的MoS_2转移膜,其基础面呈平行于底材表面排列,较厚的膜形成在对硫具有较高化学活性的金属底材上。在高温擦涂MoS_2的铜样品上,有Cu_2S产生,磨损试验表明,这对提高MoS_2转移膜的耐磨寿命是有益的。研究结果还表明,X-射线衍射法对于研究固体润滑机理,尤其是对于解决各种固体润滑膜厚度的定量测定问题是一种有用的手段。     

MoS_2-Au共溅膜的结构与性能之研究

作者利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD),俄歇电子能谱仪(AES)和X—射线光电子能谱仪(XPS)等对MoS_2-Au共溅膜的形貌和结构进行了观察与分析,并就这种膜的厚度对耐磨寿命的影响及其抗湿性与MoS_2溅射膜的作了比较,认为共溅膜的柱状聚集体结构是其具有良好性能的原因。溅射时氩气压强对MoS_2-Au膜结构和性能影响的研究结果表明,不同氩气压强下得到的MoS_2之结晶度不同,因而共溅膜的摩擦学性能也不相同。作者还就膜与底材的结合强度同耐磨寿命的关系,以及底材表面缺陷对膜结构的影响进行了讨论。     

利用冲蚀法评价硬质膜与底材结合强度的试验研究

作者利用入射速度为40m/s的80~#和100~#白刚玉砂冲击超硬质膜,测定入射粒子量与膜剥离之间的定量关系,确定造成底材开始显露所需的粒子用量(孕育剂量)和冲蚀坑中心部位的膜全部剥离时的最低粒子用量(临界剂量),并以两者之差作为判据,收到了与划痕法通过临界载荷评价膜-底材结合强度的同样效果。试验结果证明,孕育剂量与膜厚呈正变关系,因而通过它可以先求出膜厚,再求出剥离单位厚度膜层所消耗的粒子量(线冲蚀系数),并用其作为膜-底材结合强度的判据,可以扣除膜厚的影响。作者认为,冲蚀法的主要优点是设备简单、操作方便、取样面积大、代表性好,能为各类薄膜工艺提供可信的判据。     

离子束增强沉积制备Cr—N薄膜及其摩擦学性能研究

利用离子束增强沉积（ＩＢＥＤ）技术制备了Ｃｒ－Ｎ薄膜，并对不同能量氮离子轰击所制备的薄膜组成进行了Ｘ射线衍射及光电子能谱分析，测定了涂层的断裂性值，并对涂层的摩擦学性能进行了研究。结果表明：在相同试验条件下，氮离子轰击能量影响Ｃｒ－Ｎ薄膜的相组成及取向，采用低能量氮离子轰击所得到的薄膜具有较高的断裂韧性和优异的耐磨性能。     

微纳米尺度膜/基结构界面性能的实验研究

为了研究铜膜/有机玻璃结构的界面性能,首先对沉积在有机玻璃基底上300nm厚的铜膜进行了单轴压缩实验,部分区域的薄膜因屈曲而脱离基底。选择在膜/基粘接良好区域、膜/基脱粘区域分别进行等位移纳米压痕实验。利用膜/基粘接良好区域处硬度/弹性模量与压痕位移的关系来确定膜/基结构的临界脱粘位移。基于宏观力学中表征界面性能的能量法,利用两个区域等位移的塑性功差值来确定界面能量释放率。研究结果表明:当压痕位移约450nm时,膜/基结构开始出现界面脱粘,实验测得铜膜/有机玻璃结构的界面能量释放率值在6.81~10.32J/m2之间。     

MoS_2与金属表面摩擦后生成转移膜的研究——Ⅰ.用AES和SEM的初步考察

二硫化钼与金属相摩擦可在金属表面上形成一层MoS_2转移膜。这种转移膜对润滑效果有着重要的影响。在相同的摩擦条件下,不同金属底材上的MoS_2转移膜的牢固程度不同。作者用扫描俄歇电子能谱(SAM)和扫描电镜(SEM)考察了MoS_2在不同金属表面上摩擦转移膜的硫的俄歇电子象和表面形貌,並用氨离子刻蚀技术与俄歇电子能谱(AES)联用,试图鉴别MoS_2与金属底材附着的牢固程度。最后用栓-盘型摩擦试验机评价了各种金属底材上MoS_2转移膜的耐磨性能,并与金属的硬度,金属硫化物的原子化能、金属-硫键键能进行了关联。结果说明,MoS_2的摩擦转移膜与金属底材附着的牢固程度和耐磨性都难以用物理学说解释,似乎与该金属的化学活性有关,本文简要地叙述了这些试验的结果。     

乳化液环境中WC/a-C:H薄膜摩擦行为的研究

采用等离子体增强化学气相沉积复合磁控溅射法制备了WC/a-C:H薄膜.使用X射线衍射仪、扫描电镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱和透射电镜表征了薄膜结构和组成,并使用球盘往复摩擦试验机测试薄膜在不同体系乳化液环境中的摩擦学性能.结果表明:WC/a-C:H薄膜具有典型的类金刚石结构,WC以β-WC1-x相的形式存在. WC在碳基薄膜中的掺杂使WC/a-C:H薄膜的硬度和弹性模量分别变化至11和140 GPa.油膜、水膜与转移膜的协同润滑效应能够提升其耐磨能力.适宜的浓度配比和薄膜表面石墨化程度是影响摩擦的关键因素.     

影响分子沉积膜纳米摩擦特性的几个因素

利用原子力显微镜探讨了表面电荷及分子端基对分子沉积膜纳米摩擦特性的影响，并考察了表面形貌在不同扫描方向和法向高度上对摩擦力的影响．结果表明：对Si3N4针尖而言，表面净电荷对摩擦特性有一定的影响，不同类型的表面电荷对摩擦力和摩擦系数的影响不同，正电荷影响相对较大；在较小载荷和粘附力的条件下，针尖在表面上滑动时所受的摩擦作用同分子端基有关；单层CuTsPc分子沉积膜表面形貌的取向对摩擦力影响不大，分子沉积膜的表面高度同摩擦力，即时测量值并不存在对应关系，摩擦力受表面形貌的影响较小．     

油溶性有机钼添加剂的摩擦学性能及其摩擦化学作用机制

采用四球摩擦磨损试验机考察了2种油溶性有机钼添加剂2-乙基己基-二硫代磷酸氧钼(MoDDP)和硫化-二异丙基-二硫代磷酸钼(MoDTP)的摩擦学性能及其复配体系的抗磨减摩性能,采用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪分析了磨斑表面形貌和表面膜元素组成,探讨了有机钼添加剂的摩擦化学作用机制.结果表明,有机钼添加剂MoDDP和MoDTP均具有优异的摩擦学性能,其复配体系呈现协同抗磨减摩效应,这是由于有机钼添加剂在摩擦副表面形成由FeS、MoS2及MoO2组成的化学反应膜和由含磷化合物组成的沉积膜所致.     

MPIIID制备TiAlN涂层的高温抗氧化及摩擦性能

采用多源等离子体注入与沉积（MPIIID）装置制备了不同Al含量的TiAlN涂层,利用X射线能谱仪(EDX)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、纳米探针和摩擦试验对涂层的组成以及高温抗氧化和摩擦性能进行分析。结果表明：Al元素的加入明显提高了涂层的高温抗氧化能力,生成的Al2O3能有效地抑制氧的扩散;当Al的质量百分数为6.18%时,涂层硬度最高,约为38GPa,涂层具有良好的摩擦磨损特性。     

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。     

聚四氟乙烯及其复合材料的转移与磨损

本文对聚四氟乙烯(PTFE)的分子特征与结构特性、PTFE的转移行为及对其磨损的影响、影响转移膜生成的因素、PTFE转移膜与底材相互作用的本质,转移膜剥落形成磨屑的考察、PTFE结晶度对粘着磨损及摩擦的影响和PTFE基复合材料的特性及其摩擦学性能等进行了综述介绍。     

二硫化钼基共溅射膜摩擦学性能的研究

本文研究了金、聚四氟乙烯以及石墨等添加物对二硫化钼共溅射膜摩擦学性能的影响。与MoS_2溅射膜相比,MoS_2-Au共溅射膜具有非常优异的摩擦学性能,特别是在高真空条件下;MoS_2-石墨共溅射膜的抗湿性有了很大的改善;而MoS_2-PTFE共溅射膜的摩擦学性能却没有多大改善,这是因为氟在溅射过程中有所损失造成的。合适的偏压溅射可以提高MoS_2基共溅射膜的耐磨寿命。在底材为AISI 440C不锈钢、中间层为铑(5μm)、球为红宝石(单晶)及相对湿度大于98％时的特殊摩擦体系中,MoS_2基共溅射膜具有非常长的耐磨寿命。     

紫外照射对FOTS自组装分子膜表面特性和摩擦特性的影响

利用自组装技术在硅基底制备FOTS自组装分子膜,对FOTS自组装分子膜进行紫外照射.采用接触角测量仪、原子力显微镜(AFM)、傅里叶红外变换光谱仪(FTIR)、X光电子能谱(XPS)和多功能摩擦磨损试验机(UMT)评价薄膜的表面特性和摩擦学特性.结果表明:FOTS自组装分子膜的蒸馏水接触角为109°.紫外照射导致C元素被O₃氧化,形成亲水的-COOH末端基团,使其接触角变小,表面粗糙度增大.在微载荷下,FOTS自组装分子膜和经不同时间紫外照射的FOTS自组装分子膜均可降低硅基底的摩擦和磨损.紫外照射后使FOTS自组装分子膜的摩擦系数增大,磨损加剧,这与其表面结构和润湿性变化相关.     

含与不含晶界空穴的双晶体蠕变行为研究

基于晶体滑移理论,建立了各向异性镍基合金双晶体的蠕变本构模型和蠕变寿命预测模型,通过MARC用户子程序CRPLAW将上述本构模型进行了有限元实现,并对双晶体蠕变行为进行了计算分析,考虑了:(1)晶体取向的影响;(2)垂直、倾斜和平行于外载方向的三种位向晶界情况;(3)晶界处引进空间空穴的影响。结果表明,双晶体上特别是微空穴和晶界附近区域的蠕变应力应变呈现不同的变化规律,对此晶粒晶体取向和晶界位向有较大的影响;微空穴的存在削弱了双晶体的承载能力,显著地影响了双晶体蠕变持久寿命;相同条件下,垂直晶界对双晶体模型的蠕变损伤影响最为强烈,倾斜晶界次之,平行晶界最小;微空穴的生长与晶界位向和晶体取向有强烈的依赖关系,其中垂直晶界更有利于晶体滑移和微空穴生长。     

连续加载条件下纳米Al_2O_3/FeS固体润滑复合涂层的摩擦学性能

在连续加载条件下,考察了纳米Al2O3/FeS固体润滑复合层在不同温度时的减摩抗磨性能;利用X射线光电子能谱(XPS)分析了不同温度下磨损表面所含元素及其化学价态.结果表明:纳米Al2O3/FeS固体润滑复合层在室温至150℃范围内,具有优异的减摩性能和抗磨性能;磨损表面存在S元素,并以硫化物和硫酸盐形式存在,但未发现Al元素,表明磨损表面形成了主要由硫化物和硫酸盐组成的摩擦化学反应膜.     

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.     

脂肪酸及表面修饰MoS_2纳米微粒LB膜在摩擦过程中结构变化的XPS研究

用 X射线光电子能谱 ( XPS)研究了玻璃基体上沉积脂肪酸及二烷基二硫代磷酸 ( DDP)修饰的 Mo S2 纳米微粒LB膜摩擦前后的结构变化 .结果表明 :二十酸 LB膜经一定次数摩擦后其结构发生明显变化 ,摩擦后 C— H链的比例降低 ,而极性基团的比例显著增加 ,这可归因于其在摩擦力作用下发生诸如转移及有序化转变等一系列摩擦化学变化 .表面修饰 Mo S2 纳米微粒 LB膜摩擦前后结构不发生明显变化 ,且经一定次数摩擦后其磨痕上仍可检测到Mo S2 ,说明正是由于无机纳米核的高承载作用而使其表现出比脂肪酸 LB膜更优异的抗磨性能 .     

mPEG-b-PLGA胶束薄膜的制备及其摩擦学行为研究

采用层层组装(layer by layer,LBL)方法,以氢键结合方式,将聚乙二醇-b-聚乳酸聚乙醇酸(mPEG-b-PLGA)胶束与聚丙烯酸(PAA)层层交替沉积到硅基底上,分别用接触角测量仪,椭圆偏光测厚仪,X光电子能谱及原子力显微镜等对聚合物胶束自组装薄膜的结构进行了表征,用UMT-2对薄膜的摩擦学特性进行了表征.沉积到基底表面的胶束薄膜能够稳定附着,且具有良好的减摩效果,有望作为导尿管或体内植入器件表面的抗炎、润滑多功能涂层.