摩擦偶件材料对非晶含氢碳薄膜摩擦学性能的影响

利用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅基底上制备了非晶含氢碳薄膜；采用Raman光谱仪、红外光谱仪和原子力显微镜等研究了碳膜的微观结构和表面形貌；采用UMT-2MT型摩擦磨损试验机考察了摩擦偶件材料对碳膜摩擦学性能的影响，并探讨了其磨损机制．结果表明：所制备的非晶含氢碳膜均匀、致密，硬度较高；当碳膜同高硬度陶瓷材料配副时，其摩擦系数低而稳定，薄膜呈现轻微擦伤和剥落磨损特征；当碳膜同低硬度的金属材料配副时，其摩擦系数高且不稳定，薄膜呈现严重粘着和磨粒磨损特征．薄膜的摩擦磨损行为同薄膜和摩擦偶件之间的相互转移有关．     

液氮激冷对含氢非晶碳膜性能的影响

采用等离子增强化学气相沉积系统制备了含氢非晶碳膜.加热到相应温度(200、250、300、350和400℃)后,对薄膜进行液氮激冷处理,并研究其结构、机械及摩擦性能的变化.结果表明:薄膜硬度在200～300℃温度下液氮激冷后,其硬度随热处理温度增加,C-C sp²键逐渐增加;在350～400℃温度下液氮激冷处理后,薄膜的硬度逐渐减小,薄膜呈石墨化趋势;而其弹性恢复在整个处理过程(200～400℃)中随温度升高持续增大,和C-C sp²键变化趋势一致.液氮激冷处理后,含氢非晶碳膜的摩擦系数及磨损量均得到改善,在300℃激冷处理的含氢非晶碳膜具备最低的摩擦系数及磨损量.     

转移膜的形成对含氢碳膜超低摩擦性能的影响

含氢非晶碳膜在惰性气氛下展现了超低摩擦性能,摩擦系数可达到10~(–3)数量级.本文中通过试验设计验证了转移膜的形成是碳膜超低摩擦性能获得的必要条件.采用含氢非晶碳膜(a-C:H)与钢作为摩擦配副,球盘接触旋转运动,更换接触方式:一种是钢球与镀a-C:H薄膜的钢平板对摩,另一种是镀a-C:H薄膜钢球与钢平板对摩.保持配副材料不变,利用接触方式的差异,来改变转移膜形成的难易程度.第一种方式下,a-C:H可以转移到对偶形成均匀的转移膜,具有超低摩擦性能;在第二种方式下,a-C:H不能转移到对偶形成转移膜,摩擦系数高.而该转移膜是一种含氢的,以sp~2杂化为主的碳结构.氢能够参与钝化碳悬键,从而保证低化学作用活性,sp~2平面分子结构可以具有较低的剪切强度.因此,转移膜的形成和氢的钝化作用对a-C:H薄膜超低摩擦机理均具有重要的贡献.     

氟化非晶碳基薄膜摩擦学行为对配副材料的依赖性

为了系统研究氟掺杂对非晶碳基薄膜摩擦学行为的影响,以C_2H_2和CF_4为气源,通过等离子体增强化学气相沉积方法制备不同F含量的非晶碳基薄膜.采用XPS、SEM、Raman光谱以及纳米压痕等技术测定薄膜的微观结构、化学组成和力学性能,利用球-盘式往复摩擦试验机评价薄膜与不同配副材料的摩擦磨损性能.结果显示:较低F含量并未显著影响薄膜与强碳黏着对偶Ti、WC和Si_3N_4的摩擦系数;少量F原子掺杂明显增加了薄膜与弱碳黏着对偶ZrO_2和Al_2O_3的摩擦系数;薄膜与GCr15对偶的摩擦系数随F含量增加而明显升高;高F含量导致薄膜与Cu对偶的摩擦系数产生明显波动,而导致薄膜与Al对偶的摩擦系数显著增加;值得注意的是,高F含量薄膜在不同体系中都表现出高摩擦低磨损的特点.高活性F原子与对偶材料的摩擦化学作用能够合理解释不同体系摩擦学行为.     

Zr基大块非晶合金的摩擦磨损性能

研究了以等电子浓度和等原子尺寸为依据设计的6种不同成分的非晶合金以及同非晶合金成分相同的4种晶态合金在干摩擦条件下同GCr15钢对摩时的摩擦磨损行为。结果表明：6种不同成分非晶合金的摩擦系数相近，均在0．5－0．6范围以内；4种晶态合金的摩擦系数均在0．4－0．5范围内，相同成分的晶态合金的摩擦系数比非晶合金的低，且显微硬度和耐磨性较高；非晶合金的磨损机制主要为塑性流变，晶态合金的磨损机制主要为脆性断裂以及磨粒磨损。     

非晶碳氢／非晶硒复印感光体的耐磨及抗擦伤性能研究

为了考察非晶碳氢／非晶硒（ａ－Ｃ∶Ｈ／ａ－Ｓｅ）复印感光体的耐磨和抗擦伤性能，用线接触往复滑动摩擦试验，模拟感光体承受的机械摩擦状况，对（ａ－Ｃ∶Ｈ／ａ－Ｓｅ）／４５＃钢和ａ－Ｓｅ／４５＃钢试样进行了对比试验研究．结果表明，ａ－Ｃ∶Ｈ／ａ－Ｓｅ双层膜的耐磨性和抗擦伤能力均比ａ－Ｓｅ单层膜的好．扫描电子显微镜观察发现：在给定的试验条件下，双层膜中只有ａ－Ｃ∶Ｈ膜产生了磨痕，而ａ－Ｓｅ膜保持完好；相反，无ａ－Ｃ∶Ｈ膜保护的ａ－Ｓｅ单层膜的擦伤严重，而且在ａ－Ｓｅ涂层磨痕处的Ｘ射线能量色散谱中显示有微量的基体金属元素Ｆｅ存在．根据ａ－Ｃ∶Ｈ膜中原子团的红外光谱分析结果，还对ａ－Ｃ∶Ｈ／ａ－Ｓｅ双层膜良好的摩擦磨损性能作了解释：比较软的ａ－Ｓｅ膜延缓了比较硬的ａ－Ｃ∶Ｈ膜的损伤破碎，前者在后者与硬钢基体间起着固体润滑作用，这是软夹层固体润滑机制     

含氢无定型碳摩擦转移膜结构演化规律研究

利用中频磁控溅射系统制备a-C:H润滑薄膜,并使用球-盘摩擦机考察了空气和干燥氮气(N₂)氛围中a-C:H薄膜摩擦行为的差异,讨论了随着摩擦时间增加,薄膜上磨痕及Al₂O₃对偶球上转移膜的结构变化对摩擦行为的影响. 试验结果显示:a-C:H薄膜在干燥氮气中摩擦具有比在空气中更低的摩擦系数和更长的磨损寿命. 微观结构分析表明,转移膜可以起到降低摩擦的作用,在干燥氮气中,随着摩擦进行,Al₂O₃对偶球上逐渐形成具有典型DLC特征的碳转移膜并稳定地存在,这是摩擦性能进一步提高的原因. 此外,在干燥氮气中摩擦,磨痕表面和对偶球上转移膜表面结构均趋于“石墨化”. 上述二者的共同作用使得a-C:H薄膜在N₂环境下比在空气中更低的摩擦磨损.      

脂润滑条件下激光微精处理零件的抗擦伤性能研究

采用ＳＲＶ试验机和Ｔｉｍｋｅｎ试验机，对脂润滑条件下经激光微精处理的３种铸铁与ＧＣｒ１５钢的抗擦伤性能进行了研究。结果表明：激光微精处理使其抗擦伤性能均大幅度提高，其中合金铸铁经激光微精处理后可在蜗轮摩擦副中代替青铜使用。     

钛合金表面类金刚石碳梯度薄膜的摩擦磨损性能研究

与Ti6Al4V合金／超高分子量聚乙烯摩擦副对比,考察了Ti6Al4V合金表面类金刚石碳梯度薄膜／超高分子量聚乙烯摩擦副在干摩擦以及Hank’s溶液和生理盐水润滑下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察试样磨损表面形貌,并进而分析磨损机理。结果表明,类金刚石碳梯度薄膜具有良好的减摩抗磨性能,其体积磨损率约为相同条件下Ti6Al4V合金体积磨损率的50％,相应的超高分子量聚乙烯偶件的磨损率亦较低,类金刚石碳梯度薄膜的磨损呈现轻微磨粒磨损特征,而超高分子量聚乙烯可抑制类金刚石碳梯度薄膜的磨粒磨损。     

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 .     

离子注入对SiO2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SiO     

四面体无定型无氢非晶碳膜的制备及其摩擦学性能研究

采用磁过滤阴极真空弧系统分别在硅片[Si(100)]、W18Cr4V高速钢和Cr18Ni9不锈钢基体上沉积了一系列sp3键含量较高的四面体无定型无氢非晶碳膜(ta-C),研究了所合成薄膜的结构、硬度、附着强度和摩擦磨损性能,考察了基体和薄膜厚度对薄膜摩擦系数的影响,简要分析了相应ta-C膜的失效机理.结果表明,在高速钢基体上沉积的ta-C膜的显微硬度为76 GPa,结合力Lc值达42 N,具有优良的摩擦学性能,其摩擦系数为0.12,且摩擦系数可以在16 000 r范围内保持稳定.     

刹车速度对C／C复合材料制动摩擦性能的影响

在MM－1000型摩擦磨损试验上考察了碳布叠层结构的C／C复合材料在不同速度下的制动摩擦磨损行为,并用扫描电子显微镜观察分析了试样磨损表面形貌,结果表明：随着刹车速度的增大,摩擦系数增大,在20－25m/s速度范围出现峰值;当刹车速度增大至28－30m/s时,摩擦系数仍保持较高,体现了优良的高能摩擦特性;磨损量在低速时较小,当刹车速度大于15m/s,磨损量迅速增大,低速时磨损表面由一层薄的磨屑层所覆盖,当速度大于15m／s,大量的磨屑形成一层较厚的磨屑层,高速时由于剧烈的氧化和剪切作用,很多基质碳被氧化剥落,炭纤维被磨断、拔出,使磨损增大。     

热处理对类金刚石碳薄膜力学和摩擦性能的影响

利用直流磁分离及脉冲阴极双激发源等离子弧薄膜沉积装置制备了含Ti底层和无Ti底层的类金刚石碳薄膜(DLC);采用纳米硬度计、原子力显微镜和X射线光电子能谱仪分析了薄膜的力学性能和结构;采用УСК-1型球-盘滑动摩擦磨损试验机考察了薄膜的摩擦性能.结果表明,同无Ti底层的DLC薄膜相比,含Ti底层的DLC薄膜的硬度和弹性模量较低;含Ti底层的DLC薄膜经真空400℃退火后表面层中存在TiO2,内部存在TiC;而无Ti底层的DLC薄膜经真空500℃退火处理后硬度、弹性模量和表面形貌几乎保持不变;无Ti底层的DLC薄膜经空气中500℃退火后摩擦系数明显降低,这是由于DLC薄膜在空气中热处理时更易发生石墨化所致.     

阳极氧化铝基体上非晶态碳纳米纤维阵列膜的微观组织及其摩擦性能

采用乙炔热分解法在多孔阳极氧化铝膜板上制备了定向生长的非晶态碳纳米纤维阵列膜，采用场发射扫描电子显微镜、激光Raman光谱仪和透射电子显微镜观察分析了阵列膜和非晶态碳纳米纤维的组织形态和微观结构，并采用原子力显微镜和环-块式摩擦磨损试验机考察了非晶态碳纳米纤维阵列膜的摩擦性能．结果表明：以经草酸溶液二次阳极氧化得到的有序多孔氧化铝薄膜作为模板，通过化学催化气相沉积可以获得分布均匀的非晶态碳纳米纤维阵列，这种定向非晶态碳纳米纤维阵列构成的表面膜摩擦力均匀，具有优良的自润滑作用．     

石墨改性碳布复合材料湿式摩擦磨损性能研究

采用树脂浸渍工艺制备了石墨质量分数0%～20%的5种碳布复合材料.借助扫描电镜和湿式摩擦试验机,研究了石墨含量对其表面形貌和摩擦磨损性能的影响.实验结果表明:石墨的固体润滑作用,主要造成了制动过程中动摩擦力矩的下降,而对锁止静摩擦力矩的影响却很小;石墨可以明显降低复合材料的动摩擦系数,并有助于提高动摩擦系数的稳定性;石墨的加入有效降低了碳布复合材料和对偶的磨损率,当石墨含量为15%时复合材料的磨损率最低.引入稳定系数对动摩擦系数的稳定性进行了定量分析,当石墨含量为10%时复合材料的动摩擦系数稳定性最好.     

耐磨碳／碳复合材料的研制及其制动性能

针对常规化学气相沉积碳／碳复合材料存在的制备周期长和工艺过程繁杂等问题，在大量试验研究的基础上，通过对常规压差法化学气相沉积工艺进行重大改进，设计出了一种新的沉积室和气体快速定向流动装置，并且配合沉积工艺参数的调整，成功地利用这种改进压差法制备出了碳／碳复合材料．利用这种方法不仅使制备周期缩短到改进前的４０％，省去了常规化学气相沉积法中反复进行的中间机械加工和高温热处理工序，而且大幅度降低了制备成本．全尺寸试样（１∶１）惯性动力试验表明，所得制品不仅具有良好的摩擦磨损性能．制动力矩－速度关系曲线平稳和磨损率低等优点，而且刹车盘表面光滑，未发现碎裂和分层等现象，符合飞机等刹车制动的使用要求     

不同温度下半金属摩擦材料的摩擦磨损性能研究

利用Ｄ－ＭＳ型定速摩擦试验机,考察了２种润滑相对半金属摩擦材料摩擦系数和磨损率随温度变化的影响情况,并采用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和Ｘ射线能量色散谱等（ＥＤＡＸ）分析了２种复合摩擦材料中各组分对摩擦磨损性能的交互作用,揭示了半金属摩擦材料摩擦磨损的特性和机制。     

原位摩擦聚合膜磨损性能的研究

在润滑油中加入聚合剂单体，可以在摩擦过程中于摩擦表面形成原位摩擦聚合膜，不仅能提高对摩表面的抗胶合能力，而且还能明显降低摩擦和磨损，提高疲劳寿命．通过试验且用付立叶红外光谱仪和扫描电子显微镜分析观察，研究了原位摩擦聚合膜的形成及影响其形成的因素．在２００ＳＮ（４６＃）精制矿物油中添加二聚酸／司本－８０，在试球的磨痕表面有聚酯膜生成，比只用基础油润滑时的磨痕直径减小了５０％，ｐＢ值也明显提高，接触疲劳寿命几乎提高了１．４倍．     

二硅化钼自配副在干摩擦条件下的摩擦学性能研究

在 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机上考察了不同载荷下金属间化合物二硅化钼自配副的干摩擦磨损性能 ,采用扫描电子显微镜和微探针观察与分析了其磨损表面形貌 ,并对材料的摩擦磨损机制进行了探讨 .结果表明 :干摩擦条件下 Mo Si2 自配副在载荷为 5 0～ 10 0 N时具有较好的综合摩擦磨损性能 ,摩擦系数和磨损率分别维持在 0 .11和 6 .0×10 - 5g/ min;随着载荷的增大 ,Mo Si2 自配副的主要磨损机理从塑性变形和疲劳磨损转变为氧化磨损