基于第一性原理的固体界面摩擦学性能高通量计算研究

基于第一性原理提出了自动构建计算构型-自动提交计算任务-智能分析计算数据的固体界面摩擦性能自动化计算方法,并通过并发-并行同时计算约1 000个计算任务,实现了固体界面摩擦性能的高通量计算. 以石墨烯/石墨烯滑动体系为例,测试了高通量计算方法的可靠性. 结果表明:通过该方法计算的势能面与文献中使用传统方法计算的势能面一致,摩擦系数也与试验结果相符合,从而验证了该方法的可靠性. 该方法能够极大地节约科研人员使用第一性原理研究固体界面摩擦性能所需的时间.      

高温高压下闪锌矿相GaN结构和热力学特性的分子动力学研究

利用分子动力学方法和Buckingham经验势模型对重要半导体材料GaN立方闪锌矿相的晶格常数、相变压力(从闪锌矿到岩盐结构)、热膨胀、等温体模量、定压热容等结构和热力学特性在300—3000K的温度范围和0—65GPa的压力范围内进行了研究.研究表明，闪锌矿相GaN常态下的结构和热力学参数的模拟结果与实验数据及其他理论结果相符.同时在所选作用势模型可靠性检验的基础上，对等温体模量、定压热容诸非谐性参量在高温高压下的热力学行为进行了预测.所得结果在材料科学等领域的研究中具有一定的应用背景和参考价值. 关键词： GaN Buckingham势 分子动力学模拟 高温高压     

正丁基硫代磷酸酯的合成及其摩擦学性能研究

用MS、FT IR等方法对合成的三正丁基一硫代及四硫代磷酸酯进行了结构表征 ,并在四球摩擦磨损试验机上考察了其在液体石蜡中的摩擦学性能 ;用扫描电镜 (SEM )和X射线光电子能谱 (XPS)对钢球磨痕表面做了分析 .结果表明 :对于钢 钢摩擦副 ,合成的两种硫代磷酸酯可以显著提高液体石蜡的极压抗磨性能 ,但不能改善其减摩性能 .钢球磨损表面XPS和SEM分析结果表明 ,添加剂分子在金属表面发生物理或化学吸附 ,并导致金属表面的腐蚀和摩擦化学反应     

非水纳米分散系的冷冻蚀刻电镜原位观测

研究了冷冻蚀刻电镜技术原位观测合成的纳米分散系的制样步骤、制样方法 ,并利用冷冻蚀刻电镜技术原位观测了四种纳米分散系中分散相的粒度、粒度分布和聚集状态 .研究结果表明 :蚀刻时间对电镜照片图像质量有较大影响 ,蚀刻时间应根据分散系中分散相含量、粒度大小来选 ;冷冻蚀刻电镜用于原位观测非水纳米分散系 ,具有准确、直观、清晰、立体的特点 ,并且可同时采集多种信息 .     

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.     

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.     

刚性粒子增韧聚合物机理研究

冲击力场中,在材料冲击面上的压强近乎无穷大,韧性来源于材料的局部位移。理论上能提高材料局部快速位移的手段都能提高材料的韧性。对于所有以颗粒形式增韧的体系,颗粒和基体之间形成弹性过渡区,从而实现“破裂—下楔—压缩—应力方向改变”是增韧的基本模式。     

磺酸醇胺离子液体作为水润滑添加剂的摩擦学机制研究

合成了不含卤素的磺酸醇胺离子液体(S-IL),并将其作为水基润滑添加剂进行研究. 与商用的水基润滑添加剂聚合蓖麻油酸酯(L4)进行对比,共同考察了他们在不同金属摩擦对偶上的摩擦学性能. 通过对磨斑表面的XPS测试探究了S-IL分别在钢/钢、钢/铜、钢/铝、钢/钛和钢/镁摩擦副上的润滑机理. 结果表明:所合成的磺酸醇胺离子液体在水体系中具有良好的溶解性,同时表现出一定的抗腐蚀性能. 相比于商用水基添加剂,S-IL具有优异的减摩作用和极压性能,这主要归因于离子液体分子结构中极性基团(-SOO-)在金属摩擦副表面的物理/化学吸附,以及其分子结构中含有的活性元素S和N与金属摩擦副基底发生摩擦化学反应所形成的摩擦化学反应膜.      

固体-油脂复合润滑Ⅱ:类金刚石(DLC)薄膜在几种空间用油脂润滑下的摩擦学性能

本文主要探讨了类金刚石(Diamond-like carbon,简称DLC)薄膜在几种空间常用的液体润滑剂如甲基氯苯基硅油(114#润滑油)、氟丙基氯苯基硅油(115#润滑油)、聚α-烯烃[PAO(201)润滑油]、全氟聚醚(Z-25润滑油)以及对应润滑脂KK-4、KK-5、KK-P(201)和601EF润滑下的摩擦学性能.结果表明:DLC薄膜与试验选用的油脂复合后表现出良好的协同效应.与DLC薄膜相比,其减摩性能得到不同程度的改善,摩擦系数降低2~6倍;其耐磨寿命提高了10多倍,起到了明显的延寿作用.     

高速电弧喷涂Fe-Al／WC复合涂层的摩擦学特性

利用高速电弧喷涂技术制备了Fe-Al涂层和Fe-Al／WC复合涂层，在T-11型摩擦磨损试验机上对比研究了2种涂层同GCrl5钢球配副时的滑动摩擦磨损特性，并探讨了涂层的摩擦磨损机理．结果表明：可以将Fe-Al／WC复合涂层的摩擦磨损过程划分为3个阶段，随着滑动距离的增加，摩擦系数先迅速升高，之后缓慢降低直至平稳阶段；由于Fe-Al／WC复合涂层的平均硬度较高，且涂层中的硬质颗粒能有效地阻止裂纹的扩展，故其耐磨性明显优于Fe-Al涂层；随着滑动速度增加，裂纹的扩展速率加快，并产生较厚磨屑，从而使涂层的摩擦系数和磨损率均显著增大；在摩擦磨损过程中涂层表层受到拉应力与压应力的交替作用，Fe-Al／WC涂层的主要磨损机制为剥层磨损．