边缘效应对织构化Si-DLC膜油中摩擦学性能的影响

引起边缘应力集中的边缘效应是影响边界润滑条件下织构材料摩擦学性能的重要因素之一.本文中采用激光加工、电化学和机械抛光的方法在不锈钢表面制备了边缘未修形和修形凹坑织构,在此基础上采用溅射/射频化学气相沉积技术沉积了Si-DLC膜,研究了边缘修形对织构化薄膜在油中摩擦学性能的影响.基于有限元方法分析了加载条件下凹坑织构接触界面的应力分布,考察了修形对边缘效应的影响.结果表明:边缘修形可大幅降低凹坑织构化薄膜与不锈钢对偶球配副间的摩擦以及对偶的磨损.织构的摩擦学性能与边缘效应呈正相关关系,边缘修形可使凹坑边缘的最大接触应力降低30%左右,有利于缓和凹坑边缘的刮擦作用从而降低织构材料的摩擦磨损.     

边缘修形织构化N、Si共掺杂类金刚石碳膜在空气中的摩擦磨损性能

采用激光加工和抛光方法,在镜面抛光的4Cr13不锈钢基板上制备了凸起面积密度分别为35%、44%和58%的边缘未修形和边缘经圆滑修形处理的圆柱凸起织构,并采用溅射和射频化学气相法在织构表面沉积N、Si共掺杂类金刚石碳(N-Si-DLC)膜;采用球-盘式往复摩擦磨损试验机研究了边缘未修形和边缘修形的凸起织构化N-Si-DLC膜与316L不锈钢球在不同相对湿度(RH=15%,45%,75%)空气中的摩擦磨损性能;同时,基于有限元法分析了稳定摩擦阶段静态接触应力的分布情况.结果表明:边缘修形织构化N-Si-DLC膜的摩擦系数和磨损率均显著低于边缘未修形织构化N-Si-DLC膜,边缘修形效果与织构凸起面积密度有关,并影响织构的摩擦磨损性能;凸起面积密度为44%的边缘修形织构化DLC膜的减摩耐磨效果最佳;织构化DLC膜的摩擦磨损性能与织构边缘的最大接触应力密切相关,采用边缘修形可以大幅减小凸起织构边缘的最大接触应力,从而达到减摩耐磨的效果.     

不同湿度条件下N、Si共掺杂DLC膜的摩擦学性能研究

采用射频化学气相法沉积了氮、硅共掺杂类金刚石碳膜(N-Si-DLC).用X射线光电子能谱仪、拉曼光谱仪、表面形貌仪及扫描电子显微镜等对薄膜结构进行了表征,用球-盘往复摩擦试验机考察了不同湿度(RH为15%,45%和75%)空气中薄膜与316L不锈钢球配副的摩擦学性能.结果表明:与Si-DLC相比,N-Si-DLC膜内sp~2C成分含量较高,N主要以C=N、C≡N、Si-N键形式存在于膜内;膜的内应力低,硬度和杨氏模量较低;含N量少的N-Si-DLC膜显示出更低的摩擦与磨损,其摩擦学性能对湿度的变化表现出较低的敏感性.