脉冲偏压对磁控溅射MoS_2固体润滑涂层性能影响

利用单极性脉冲磁控溅射方法,采用300,600,800 V的脉冲偏压,分别在A286铁基高温合金基底上沉积了MoS_2涂层,并对其进行了组织和性能研究,结果表明:所制备的涂层表面存在成核势垒,呈岛状生长模式,磁控溅射过程中,高能粒子的轰击改变了涂层表面晶格畸变程度及涂层与基体界面之间的热应力,使得涂层结合强度随偏压的增加先减小再增大,800 V偏压下涂层缺陷最少,内应力最低,结合强度最好。300和800 V脉冲偏压下,涂层沿平行于MoS_2层片的非极性(002)解理面择优取向,摩擦系数随摩擦阻力的减小降低,600 V偏压下,涂层沿(100)极性面择优取向,摩擦阻力最大,磨痕边缘有不同程度的犁沟痕迹,磨损机理主要为磨粒磨损。     

燃料电池空压机箔片气体轴承涂层摩擦学性能研究

为了降低燃料电池空压机箔片气体轴承启停阶段的磨损,需在顶箔表面制备自润滑软涂层,但现有的聚四氟乙烯(PTFE)基或环氧树脂基软涂层仍存在摩擦系数较大或磨损率较高的问题。为此,在镍基高温合金箔片上制备聚酰亚胺(PI)基固体润滑涂层,研究涂层厚度、MoS₂纳米粒子掺杂含量和温度对涂层摩擦学性能的影响,并与商用PTFE涂层进行对比。结果表明,随着PI涂层厚度增加,其摩擦系数呈现先基本不变后增大的规律,且存在使摩擦系数最低的最佳涂层厚度。随着MoS₂纳米粒子掺杂含量增大,PI复合涂层摩擦系数和磨损率均呈现先减小后增大的规律,当掺杂含量为2.5%时,PI复合涂层摩擦系数低至0.173,磨损率低至9.14×10^-6 mm³/(Nm)。随着温度增加,PI复合涂层摩擦系数和磨损率呈现先减小后增大的规律,其摩擦系数在0.081～0.173范围,磨损率在3.77×10^-6～9.14×10^-6 mm³/(Nm)范围,相较于商用PTFE涂层,PI复合涂层摩擦...     

基体偏压对ZrN涂层微观结构及力学性能的影响

利用多弧离子镀技术通过改变基体偏压(-100,-150,-200 V)在SKD11模具钢基体上制备了一系列ZrN涂层。采用X射线衍射、扫描电镜、纳米压痕仪、划痕仪、摩擦磨损试验机和台阶仪等分析技术对涂层的结构、表面形貌、硬度、弹性模量、断裂韧性、结合力、摩擦磨损性能等进行表征,重点研究基体偏压对涂层微观结构和力学性能的影响。结果表明,在不同偏压条件下制备的涂层始终由ZrN相构成;随着基体偏压的升高,ZrN涂层生长的择优取向发生了改变,生长择优取向从低偏压下(-100 V)的(311)向(111)(-200 V)转变;硬度和结合力呈现先增后减的趋势,并在偏压为-150 V时达到最大值,分别为29.14 GPa和58 N;摩擦系数及磨损量均在偏压为-150 V时最低。     

真空阴极电弧制备TiAlN涂层的硬度及摩擦学性能研究

采用真空阴极电弧制备了TiAlN涂层,研究了N2气压和基体负偏压对涂层硬度的影响规律,分析了涂层的致硬机理,探讨了硬度对摩擦学性能的影响。结果表明,N2降低入射离子能量,降低增原子扩散,导致晶粒细化;基体负偏压增大入射离子能量,导致涂层致密化并依次出现(200)、(111)、(220)、(200)择优取向。TiAlN涂层的硬度受Ti、Al、N原子间键能,生长面择优取向及晶粒显微组织的影响,其中最薄弱因素起决定作用。摩擦学性能研究表明,高硬度TiAlN涂层易形成磨粒磨损,摩擦系数和磨损率高;低硬度TiAlN涂层易发生粘着磨损,摩擦系数和磨损率低。     

活塞环表面MoS2薄膜在干摩擦和贫油润滑条件下的摩擦学性能研究

大功率、长冲程和高爆发压柴油机是交通运输、工程机械、国防装备和核电应急发电机领域的重要动力设备。柴油机关键运动副活塞环-缸套在冷/热启动时,缸套的上下止点位置处于干摩擦或贫油润滑状态,易发生局部异常磨损导致动力性能丧失。为抑制活塞环-缸套运动副的异常磨损,采用磁控溅射技术在活塞环表面制备了MoS₂薄膜;利用SRV-IV微动摩擦磨损试验机模拟柴油机频繁冷/热启动工况,评价了表面附加MoS₂薄膜的活塞环与缸套摩擦副的摩擦学性能;利用扫描电镜(SEM)表征了MoS₂薄膜微观结构和摩擦前后摩擦副的表面形貌。结果表明：相比于原始CKS活塞环-缸套,MoS₂薄膜活塞环-缸套在干摩擦条件下的摩擦系数从1.07大幅降低至0.11,缸套磨损率从8.61×10^-6 mm³/(N·m)降低至3.71×10^-8 mm³/(N·m);在常温贫油条件下摩擦系数从0.18降低至0.11,磨损率从1.43×10^-7 mm<...     

二硫化钼/硫化铜纳米杂化材料改性环氧树脂摩擦学性能研究

采用两步水热法制备了具有核壳结构的二硫化钼/硫化铜(MoS₂/CuS)纳米杂化材料，然后将其作为填料与环氧树脂复合，制备了环氧树脂/二硫化钼/硫化铜(EP/MoS₂/CuS)复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析了产物的化学组成和形貌特征，并利用多功能摩擦磨损试验机对EP复合涂层的摩擦磨损性能进行了探究。结果表明：MoS₂纳米片均匀地包覆在CuS表面，形成了以MoS₂为壳，CuS为核的杂化体。单体MoS₂、CuS和杂化材料MoS₂/CuS均能改善EP的摩擦学性能，其中杂化体MoS₂/CuS的改善效果最好，当MoS₂/CuS质量分数为1.25%时，EP/MoS₂/CuS复合材料的摩擦系数和磨损率较纯EP分别降低了36.8%和35.7%。     

衬底偏压对反应磁控共溅射 Y∶HfO2薄膜电学性能的影响

作为微电子器件中最具发展前景的高介电薄膜材料,HfO₂薄膜得到了学者们的广泛研究。低漏电流是HfO₂薄膜使器件获得优良性能的前提,但易受晶粒尺寸、氧空位和粗糙度等因素影响。针对反应磁控溅射所得薄膜表面粗糙度高及漏电流密度大等缺点,本文在溅射过程中通过在衬底施加偏压的方法降低了HfO₂薄膜的漏电流密度。结果表明：通过在衬底施加适当的偏压使得Y掺杂HfO₂(Y∶HfO₂)薄膜的漏电流密度降低到8×10^-8 A/cm²。漏电流密度的变化与薄膜粗糙度和晶粒尺寸有关,而薄膜粗糙度和晶粒尺寸主要受衬底偏压的影响,但衬底偏压对薄膜物相的影响可以忽略。通过施加衬底偏压,利用反应磁控溅射方法制备了低漏电流和高k值Y∶HfO₂薄膜,可为高性能器件的制备提供基础。     

二硫化钼自润滑涂层性能及制备工艺的研究进展

MoS₂是过渡族金属二硫化物中的一员,其涂层材料因独特的层状结构而表现出优异的摩擦学性能。MoS₂自润滑涂层在刀具以及空间部件材料的表面减磨和保护上发挥着重要作用,但是MoS₂涂层对湿度的敏感性、附着力差以及耐磨寿命有限等问题限制了其应用。国内外学者在MoS₂涂层的摩擦学研究上做了大量工作,目前的研究重点主要是不同温度、湿度、气体介质的多环境下的摩擦学行为分析,以及通过纳米多层体系的设计实现对晶体结构的可控。本文概述了2010年以来有关MoS₂自润滑涂层材料的研究进展,主要综述了MoS₂自润滑涂层的摩擦学性能以及不同元素掺杂对其性能和结构的影响。总结了MoS₂涂层的组成结构、性能、制备工艺,并对其在表面润滑领域的研究和应用前景进行了展望。本文对MoS₂自润滑涂层的研究和工程应用具有参考意义。     

CTAB辅助水热合成球状纳米花MoS2/C复合材料及其电化学性能研究

以钼酸钠(Na₂MoO₄·2H₂O)、硫脲(NH₂CSNH₂)、CTAB为原料, 利用水热法合成了MoS₂/C球状纳米花复合材料。通过XRD、SEM、TEM、TG等分析测试方法, 研究了不同CTAB添加量对MoS₂/C复合材料的微观结构、表面形貌的影响规律, 结果显示, 有部分无定形碳嵌入了MoS₂层间, 并抑制了MoS₂(002)面的堆积。电化学测试表明: 与纯MoS₂相比, MoS₂/C复合材料具有更好的电化学性能, 当加入0.025 g CTAB时首次放电比容量达到730 mAh/g, 在100 mA/g的电流密度下经过100次循环比容量稳定在415 mAh/g。在此基础上讨论了MoS₂/C球状纳米花复合材料的可能生长机理以及对材料电化学性能的影响规律。     

脉冲偏压对(Ti,Al)N涂层应力分布及其力学性能的影响

利用电弧离子镀技术在不锈钢基体上制备了(Ti,Al)N涂层,研究了脉冲偏压对涂层残余应力沿层深分布及相关力学性能的影响。结果表明,(Ti,Al)N涂层残余应力沿层深呈"钟罩型"分布,且随脉冲偏压的增大应力值明显增加;通过对涂层生长结构及微观成分分析,初步探讨了应力分布机理。随脉冲偏压的增加,涂层硬度会显著增加,而膜/基结合力则先增加后减小;采用改变脉冲偏压的工艺制备(Ti,Al)N涂层,可有效调整涂层残余应力沿层深分布趋势,改善其力学性能。     

尺寸效应对TiC/α-C∶H涂层织构行为的影响

利用磁控溅射法制备了TiC/α-C∶H纳米复合涂层尺寸效应,并对涂层择优取向的影响进行了研究。通过改变涂层中的C含量来调节晶粒尺寸,发现晶粒尺寸对晶粒的择优取向有着重要影响。随着晶粒尺寸减小,TiC的择优取向从面心立方(111)向(200)转变。这种择优取向的尺寸依赖效应可以用热力学来解释。通过计算与尺寸相关的吉布斯自由能解释了尺寸效应与涂层择优取向的关系。     

脉冲偏压对离子束辅助电弧离子镀TiN/Cu纳米复合膜结构及硬度的影响

采用离子束辅助电弧离子镀技术在高速钢基体上制备TiN/Cu纳米复合薄膜,考察了基体脉冲负偏压对薄膜成分、结构及硬度的影响。用X射线光电子谱、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和纳米压痕等方法分别测试了薄膜的化学成分、结构、表面形貌、硬度以及弹性模量。结果表明,在氮离子束的轰击作用下,随着脉冲偏压幅值从-100 V增加到-900 V时,薄膜中Cu含量先增加而后略有降低,在1.05%~2.50%(原子比)范围内变化。同时,脉冲偏压对薄膜的结构也有明显影响,在-100 V出现TiN(111)择优取向,当基体偏压增加到-300 V以上时,择优取向改变为TiN(220)择优。薄膜的Cu2p峰均对应纯金属Cu,薄膜的晶粒尺寸约在11~17 nm范围内变化。硬度和弹性模量随着偏压幅值增加而增大,当偏压为-900 V时,薄膜硬度和弹性模量达到最大值,分别为29.92 GPa,476 GPa,对应的铜含量为1.91%。     

电弧离子镀CrAlN-DLC硬质复合薄膜的成分、结构与性能

为了改善CrAlN薄膜的摩擦性能, 本研究在增强磁过滤脉冲偏压电弧离子镀设备上, 用分离靶弧流调控技术在硬质合金基体上分别制备了不同成分的CrAlN-DLC硬质复合薄膜, 并采用不同手段表征了薄膜的表面形貌、成分、相结构以及力学和摩擦性能。结果表明, 不同成分薄膜表面均平整致密, 膜厚均在1.05 μm左右。随着靶弧流比I_C/I_CrAl的升高, 薄膜中碳的原子分数由33.1%升至74.6%。薄膜的相结构主要由晶体相和非晶相复合组成, 其晶体相主要为c-(Cr,Al)N相, 且随着碳含量增大晶体相减少、晶粒尺寸减小, 其非晶相主要为DLC, 其中sp²/sp³的比值随碳含量增大而减小。相应地, 薄膜的硬度随着碳含量增大而提高, 当碳的原子分数为74.6%时, 达到最大值(26.2±1.4) GPa, 且该成分点处薄膜摩擦系数也降至最小值0.107, 磨损率仅为3.3×10^-9 mm³/Nm。综合而言, 当非晶DLC相最多时, CrAlN-DLC复合薄膜的综合性能达到最佳, 较之CrAlN薄膜, 摩擦性能显著提高。     

偏压对磁控溅射TiB_2涂层结构和性能的影响

溅射镀膜过程中基体偏压对涂层的组织、结构和性能都有很重要的影响。本文采用脉冲磁控溅射技术在硬质合金基体上制备了TiB_2涂层,研究了不同衬底偏压(-50~-300 V)对涂层生长特性、结构和性能的影响。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线光电子能谱仪、纳米划痕仪、维氏硬度计对涂层的物相结构、表面形貌、化学成分、以及机械性能进行了分析。结果表明:在所有偏压下制备出的TiB_2涂层都呈现出六方结构,并且表现为显著的(001)择优取向;随着偏压的逐渐增大,(001)衍射峰强度呈先增强后减弱的趋势;基体施加低偏压时制备出的TiB_2涂层呈现出粗大的柱状生长结构,这时涂层较为疏松,裂纹和缺陷较多,硬度为2829 HV;随着制备过程中基体偏压的升高,涂层中的柱状生长结构逐渐细化,涂层变得越来越致密。这使得涂层硬度得到大幅提高,在偏压为-250 V时达到最大硬度值3820 HV。但随着偏压进一步增大到-300 V时,由于剧烈轰击产生的缺陷增多,涂层硬度反而下降。     

C2H2气体流量对WC-DLC涂层结构与性能的影响

文章采用直流磁控溅射技术制备WC-DLC耐磨涂层,为了探究C₂H₂流量对WC-DLC涂层表截面形貌、微观结构、力学和摩擦学性能的影响,在10-50 mL/min C₂H₂流量下制备了WC-DLC涂层并进行表征分析。结果表明,随着C₂H₂流量的增加,涂层中碳含量增加,晶粒逐渐细化,由柱状晶逐渐转变为细晶粒,涂层变得更加致密;涂层纳米硬度与sp³杂化的C原子含量密切相关,随着涂层中sp³-C含量的增加,硬度先升高然后降低,磨损率也先升高降低;随着碳原子含量升高,涂层中出现大量的非晶碳,表面晶粒非晶化,涂层的摩擦系数逐渐减小且更加稳定。     

碳纳米管包覆的MoS2锂电负极材料制备及其性能研究

二硫化钼(MoS₂)作为一种出色的二维层状材料,是锂离子电池负极的理想候选材料。然而,由于MoS₂二维层状结构的堆叠性、充放电过程中的体积膨胀以及自身的低电导率等问题,限制了其在锂离子电池中的发展。文章将MoS₂与有机碳源葡萄糖复合,合成出了MoS₂@C的复合材料,实验表明,不同含量葡萄糖碳化后形成的碳纳米管对水热生长存在MoS₂明显的影响,通过调控葡萄糖的含量合成出在碳纳米管内层生长的MoS₂@C复合材料,其具有较高的比容量,以及更好的结构稳定性,在充放电过程中的比容量衰减更小。其作为锂离子电池负极材料时,在0.2 Ag^-1的电流密度下循环100次后保持680.7 mAhg-1的比容量;在1 Ag^-1的电流密度下,循环1000次后仍可保持580.9 mAhg^-1的可逆比容量。同时,分析了MoS₂@C在水热过程中的硫化反应进程,为合理制备MoS₂与...     

金属硫化物及石墨填充PTFE 复合材料的摩擦磨损性能研究

利用MHK-500 型环-块磨损试验机, 对MoS₂、CuS、PbS 及石墨(添加量均为30 vo l% )填充的聚四氟乙烯(PTFE) 复合材料在干摩擦条件下与GCr15 轴承钢对摩时的摩擦磨损性能进行了较为系统的研究, 并利用扫描电子显微镜(SEM ) 和光学显微镜对PTFE 复合材料的磨屑和摩擦磨损表面进行了观察。结果表明, 添加石墨降低了PTFE 的摩擦系数, 而添加MoS₂、CuS 及PbS则增大了PTFE 的摩擦系数; 同时, 添加MoS₂、CuS、PbS 及石墨均可将PTFE 的磨损量降低2 个数量级, 其中以PbS 的减磨效果为最好, 而MoS₂ 的减磨效果则最差。      

MoS2管式陶瓷膜的制备及其稳定性研究

以氧化铝陶瓷管为基膜，通过原位水热法制备二硫化钼(MoS₂)管式陶瓷膜，研究了不同酸碱条件下膜的结构和纳滤分离及其稳定性变化规律。结果表明，经pH为1～11的水溶液浸渍12h后，MoS₂管式陶瓷膜的形貌和结构变化不明显，对伊文思蓝(EB)水溶液的渗透通量为231.25L/(m²·h·MPa),截留率在96%以上，对EB的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中也显示良好的纳滤分离性能；以pH为13的强碱溶液浸渍后，其分离性能略有降低。使用胶带剥离MoS₂管式陶瓷膜50次后，扫描电镜和纳滤分离性能表明，其分离层与陶瓷基体间具有较好的结合力，证明原位水热法制备的MoS₂管式陶瓷膜具有优异的稳定性。     

脉冲偏压作用下MgO薄膜表面的荷电效应

采用脉冲偏压电弧离子沉积技术在玻璃基片上制备了透明的、具有择优取向的MgO薄膜。针对绝缘性薄膜表面的荷电效应,比较了脉冲偏压作用下鞘层对离子的加速时间(即鞘层的寿命)与脉冲宽度的大小以及偏压鞘层的初始厚度与离子穿越的距离的大小,讨论了不同占空比下偏压鞘层对离子的加速效应。利用X射线衍射及扫描电子显微镜对样品的观察结果表明,由于荷电效应,脉冲偏压幅值为-150 V,占空比在10%~40%的范围内,占空比的变化并不能改变MgO薄膜的微观结构和表面形貌。     

建筑用不锈钢表面磁场作用下脉冲电沉积MoS2涂层的组织和摩擦学性能

为了提高建筑装饰用不锈钢表面的耐磨性能,分别以无磁场的脉冲电沉积以及平行与垂直磁场下的脉冲电沉积工艺制得了MoS2涂层,并对不同工艺状态下的涂层组织结构与各项性能参数进行了测试。结果表明:涂层在相邻晶粒间产生许多尺寸较小的MoS2颗粒;施加垂直磁场所得涂层晶粒细小,形成致密结构;在平行磁场制得许多晶胞类型的MoS2涂层,表面也较为平整;磁场并不会使涂层微观结构发生变化,但会引起Ni晶粒出现择优取向;施加磁场时形成的涂层硬度增加;施加平行磁场时形成的涂层的结合力最高,未施加磁场的结合力最低;平行磁场下涂层达到最小的磨损程度和摩擦系数,表现出优异的耐磨性,表明磁场可以显著提高涂层的平整度;各状态下形成的MoS2涂层表现出相近的磨损形貌特征,基本都表现为磨粒磨损的特点。