直流磁控溅射制备TiAlCN薄膜及其性能研究

采用直流磁控溅射技术制备TiAlCN薄膜,研究了直流电流对TiAlCN薄膜的薄膜成分、微观结构、机械性能和摩擦性能的影响.研究表明:随着直流电流的增加,薄膜中C元素含量逐渐降低;薄膜中无定形碳含量减少,而(Ti,Al)CxN1-x晶粒增加.另外,在低于3.0 A直流电流范围内薄膜的表面粗糙度无明显变化,而当直流电流高于3.0 A时,薄膜的表面粗糙度随直流电流的增加而显著上升.随着直流电流的增大,薄膜的硬度先增加后降低,而薄膜的摩擦系数则先降低后升高.在直流电流为3.5 A时,薄膜的硬度和摩擦系数分别约为22.2 GPa和0.16.     

相结构对氮化钛硼薄膜摩擦磨损性能的影响

采用直流非平衡磁控溅射系统在单晶硅片表面制备TiBxNy薄膜,采用X射线衍射仪和X射线光电子能谱议测定TiBxNy薄膜的相结构和成分,采用销-盘式摩擦磨损试验机研究TiBxNy薄膜的滑动干摩擦磨损性能,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪表征薄膜的磨痕表面结构及其化学特征.研究表明:TiBxNy薄膜的相结构与N含量有关,在TiB0.65薄膜中加入N能够促使纳米晶TiN的形成;薄膜的摩擦系数和磨损率与其相结构有关,随着薄膜中TiN的体积分数增加,摩擦系数增大,磨损率降低;当薄膜中N含量约为37at.%时,TiN的体积分数和摩擦系数最高,磨损率最低;增加N含量促使h-BN相形成,且h-BN相的体积分数随N含量的增加而增大,h-BN相的形成降低了摩擦系数,增加了磨损率;在摩擦过程中磨屑发生氧化而生成钛的氧化物TiO、Ti2O3、TiO2以及少量硼(B)的氧化物.     

非平衡磁控溅射沉积MoS2-Ti 复合薄膜的结构与真空摩擦磨损性能研究

采用非平衡磁控溅射法制备MoS2-Ti复合薄膜,采用SEM、XRD和XRF对薄膜的结构进行表征,在真空球-盘摩擦试验机上评价试验载荷、转速以及基底材料种类对薄膜真空摩擦磨损性能的影响.结果表明:MoS2-Ti复合薄膜表面致密均匀,断面为细柱状结构,呈MoS2(002)基面择优取向,薄膜中Ti含量为8 wt.%,S∶Mo原子比为1.8.在真空度优于5×10-3Pa、室温环境中,当试验载荷从5 N增加至20 N时,薄膜的摩擦系数和耐磨寿命都呈减小趋势,摩擦系数变化符合赫兹接触理论模型;当试验速度从250 r/min提高至1 000 r/min时,薄膜的摩擦系数逐渐减小,耐磨寿命变化量较小;不同基体材料上薄膜的摩擦系数平均值均为0.02,9Cr18、45#钢和40Cr基材上薄膜耐磨寿命区别不大,在20~25 km之间,磨损形式为磨粒磨损,30CrMnSi上薄膜耐磨寿命明显下降,只有10.3 km,磨损形式为黏着磨损,研究结果表明如果基底材料与摩擦对偶间发生黏着磨损,会明显降低其表面沉积薄膜的耐磨寿命.     

水基涂料性质对涂布纸表面摩擦性能影响的研究

采用GFJ04A型高速分散机制备出水基涂料,探讨了水基涂料的组分对涂布纸表面摩擦性能的影响,并探讨其磨损机理.结果表明:在瓷土和沉淀碳酸钙混合的涂料配方中,沉淀碳酸钙含量较高时涂布纸的静态和动态摩擦系数较高,而采用压光可以降低涂布纸表面的摩擦系数;在瓷土、沉淀碳酸钙和重质碳酸钙混合的颜料配方中,重质碳酸钙含量从0%～20%时,涂层表面的摩擦系数增大,但继续增加其含量时摩擦系数有所降低;羧基丁苯胶乳含量从6%～10%时,涂层表面的摩擦系数逐渐降低,当其含量超过10%后静态摩擦系数反而增大,当羧基丁苯胶乳含量为18%时摩擦系数达到最大值;润滑剂可以降低涂层表面的摩擦系数,其中聚乙烯蜡乳液和氧化聚乙烯乳液的减摩效果最佳.     

Mo/Al2O3复合材料的耐磨性

无压烧结制备了不同组分的Mo/Al2O3复合材料样品,对样品的磨损行为和磨损机理进行了研究,并用电子探针分析了其磨损形貌.结果表明:Mo/Al2O3复合材料的磨损率随Mo含量的增加呈上升趋势,在30vol.%Mo时出现峰值;摩擦系数随着Mo含量的增加而增大,20vol.%Mo样品的摩擦系数较小;Mo含量不超过60%时,当出现Mo的连续相或者Al2O3的连续相时复合材料表现出较好的耐磨性;Mo含量较低时磨损机理表现为脆性脱落,而Mo含量较高时材料的磨损机理主要为磨粒磨损.     

Al/AlN多层膜的摩擦磨损性能研究

采用柱状靶磁控溅射系统制备Al/AlN纳米多层膜,采用纳米压痕仪测量Al/AlN纳米多层膜的纳米硬度,在UMT-2M型摩擦磨损试验机上评价其摩擦磨损性能.结果表明:当AlN层较厚时,薄膜在很短时间内被磨穿;调节Al/AlN层厚比为2.9/1.1时,薄膜的摩擦磨损性能明显提高;当保持Al/AlN层厚比为2.9/1.1、变化多层膜的调制周期时,薄膜的摩擦系数较低,但硬度较低的薄膜由于承载能力不够,不能够保持优良的摩擦磨损性能.     

中频磁控溅射制备a-C：H（Al,W）薄膜及其性能研究

采用中频磁控溅射技术,以W、Al复合靶（面积比为1：1）为靶材,在氩气和甲烷混合气体中于n（100）型单晶硅表面沉积了一系列Al、W共掺杂含氢非晶碳[a-C：H（Al,W）]薄膜.分析了不同甲烷流量对薄膜成分、结构和表面形貌的影响,并表征了薄膜的力学性能和摩擦磨损行为.结果表明：随着甲烷流量的增加,薄膜中C含量呈上升趋势,而W和Al含量均呈现递减趋势,过高流量的CH₄会导致金属靶材中毒.薄膜中的sp²C和sp³C含量受W、Al以及H注入效应的共同影响.所制备的薄膜表面均较为平滑,表面粗糙度（RMS）在0.39 ~0.48 nm范围内.薄膜的纳米硬度（H）在9.98~11.37 GPa之间,弹性模量（E）介于71~93.36 GPa之间,弹性恢复系数均在70 %以上.当薄膜中W和Al的原子百分含量分别为3.74 %和2.37 %时,H/E值和H³/E²值分别为0.141和0.198,且此时薄膜在大气环境下表现出较好的减摩抗磨性能.薄膜具有适度的sp³C/sp²C比值、优异的弹性形变性能、摩擦过程中对偶球表面形成连续而致密的转移层等因素是薄膜具有良好摩擦学性能的重要原因.     

基底温度对脉冲激光沉积WSx薄膜组织结构和摩擦学性能的影响

采用脉冲激光沉积法（PLD）在不同温度单晶硅基底上制备了WSx固体润滑薄膜.利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）对薄膜的成分、形貌和微观结构进行了分析,采用球-盘式磨损试验机测试了薄膜在大气环境下（相对湿度50%～60%）的摩擦学特性.结果表明：室温下所获得的薄膜为微晶结构;在RT～300℃范围内,随着温度的升高,薄膜表面趋于光滑、致密,且形成晶态WSx的趋势逐渐增大,薄膜与基底间的结合力增大,但薄膜中S和W的含量之比（S/W比）从1.84逐步下降到1.49.薄膜的摩擦系数在RT～200℃范围内与其S/W比呈反比关系,在300℃条件下,薄膜中形成了大量的WS2晶体,摩擦系数最低且耐磨性能也最好.     

Cr靶电流对Cr改性类石墨薄膜摩擦磨损性能的影响

采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备,在不同Cr靶电流参数下制备Cr改性类石墨薄膜,测试了薄膜的硬度、结合强度、摩擦系数和比磨损率,采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察薄膜的显微结构.结果表明:改变Cr靶电流不仅能够改变薄膜的化学成分,而且能够改变薄膜的显微结构;随着Cr靶电流增加,薄膜的断口出现纤维状结构,并逐渐发展为柱状结构;Cr的加入使得类石墨薄膜形成周期性层状结构;在干摩擦条件下,随着Cr靶的电流增加,GLC膜的摩擦系数先减小而后增大;当载荷较小时,薄膜的比磨损率随Cr靶电流的增加而增大,载荷较大时薄膜的比磨损率变化不大.化学成分和显微结构的变化引起GLC膜硬度和韧性的变化,从而改变了薄膜的摩擦磨损性能.     

原位生成MoB增强Cu-Sn-Al合金复合材料的摩擦学性能研究

采用快速热压烧结方法成功制备了原位生成MoB增强的Cu-Sn-Al合金复合材料,研究了增强体添加含量对复合材料体系摩擦学性能的影响,并对其摩擦磨损机制进行了分析.研究表明：在Cu-5Sn合金基体中添加MoAlB陶瓷颗粒后,烧结过程中,层状结构MoAlB陶瓷中的Al元素能够扩散到基体中,生成原位MoB增强Cu-Sn-Al合金复合材料.此外,复合材料体系的硬度随着MoAlB添加量的增加逐渐提高,与Cu-5Sn合金相比,当添加MoAlB质量分数为30%时,复合材料硬度值提高了约5倍.同时,随着添加MoAlB陶瓷颗粒含量的增加,复合材料体系摩擦系数和磨损率逐渐降低,当添加的MoAlB陶瓷颗粒质量分数为30%时,复合材料摩擦系数和磨损率分别低至0.33和5.4×10^-5 mm³/(N·m).由于原位生成MoB颗粒的钉扎效应,在摩擦过程中能够抑制基体材料的塑性变形,使得材料体系的硬度显著提高,磨损率明显降低,摩擦过程中表面生成的摩擦氧化物,能够降低材料体系的黏着磨损和二体磨粒磨损,可以起到优异的抗磨减摩效应.