多层纳米TiO2薄膜的摩擦学性能研究

采用溶胶-凝胶法在普通载玻片上制备了1-4层纳米TiO2薄膜,使用AFM、SEM及UMT-2MT摩擦试验机等考察了薄膜的表面形貌、磨痕形貌及不同条件下的摩擦学性能.实验结果表明,所制备的薄膜平整、致密并具有良好的减摩抗磨性能.与TiO2/GCr15钢球相比TiO2/Si3N4陶瓷球摩擦副的摩擦学性能更稳定;薄膜的耐磨性能并不随膜层数的增加而增大,2层薄膜具有最佳的摩擦学性能;薄膜的摩擦失效机理主要为严重塑性变形、磨粒磨损和局部脆性断裂.     

Si3N4球/DLC膜摩擦副在真空环境下的摩擦学行为研究

采用非平衡磁控溅射技术在高速钢基体上制备了类金刚石(DLC)膜。采用球盘式摩擦磨损试验机考察了DLC膜在大气和真空环境干摩擦条件下的摩擦学性能,并比较分析了GCr15钢球和Si3N4球不同摩擦配副对DLC膜的摩擦学性能。采用光学显微镜及扫描电镜观察了摩擦副的磨损表面形貌。研究结果表明:由于转移膜的形成Si3N4球/DLC膜摩擦副在大气下具有良好的摩擦学性能;而在真空条件下摩擦副易发生明显的粘着磨损,使摩擦系数、磨斑增加,磨损表面上存在着较多的片状磨屑和微米级颗粒。     

高速钢上磁控溅射氮化碳薄膜的摩擦学性能研究

采用磁控溅射法在高速钢(HSS)基片上制备了氮化碳(CNx/TiN)复合薄膜,并采用球-盘式摩擦试验法对其摩擦学性能进行了研究.通过分析薄膜的摩擦系数变化曲线,并辅之以薄膜摩擦表面形貌的显微观察分析以及EDS微区成分分析,对薄膜的摩擦学性能进行了表征.结果表明,CNx/TiN复合薄膜与对偶球(Si3N4)之间的摩擦系数约为0.3.具有较好的减摩性能,但复合薄膜的耐磨性能受制备工艺的影响较大.沉积合适的TiN/Ti过渡层可以显著提高薄膜的耐磨性能.薄膜的磨损机理主要为磨粒磨损与黏着磨损以及疲劳磨损相互结合.     

磁控溅射TiN/Si3N4纳米复合膜的制备及其环境摩擦学特性

在高速钢基体上直流磁控溅射制备TiN/Si3N4纳米复合薄膜.用EDS、XRD、SEM、TEM、HRTEM等对薄膜的组织结构和形貌进行了表征.采用划痕仪和球-盘式摩擦仪分别测试了薄膜的结合力和在大气及真空中的摩擦学性能.结果表明,TiN/Si3N4复合薄膜由纳米TiN相镶嵌于非晶态Si3N4基体内构成.薄膜中Si含量的增加可抑制纳米TiN相的长大,降低薄膜摩擦系数,薄膜的摩擦学性能得到改善.溅射气压升高导致薄膜呈柱状结构,结合力下降,摩擦系数和磨损率上升.0.2Pa下制备含12.9at.%Si的TiN/Si3N4复合薄膜在潮湿空气和真空中均具有良好的摩擦学性能.     

Si3N4/SiC层状结构陶瓷摩擦磨损性能研究

利用Falex多重样品球-三块式的摩擦磨损试验机,重点研究了单层Si3N4陶瓷,9层和5层Si3N4/SiC层状结构陶瓷在不同的外加载荷、不同的界面应力分布大小、不同的表面组成与层状结构陶瓷的摩擦磨损性能的关系.结果表明:随着外加载荷逐渐加大,材料的耐磨损性能降低,表现为达到磨损突变点的时间缩短,磨痕直径变大;界面残余压应力对层状结构陶瓷耐磨损性能的提高起着重要的作用,9层结构陶瓷的界面残余压应力高出5层结构的层状陶瓷20%左右,表现出更高的耐磨损性能;SiC Si3N4两相复合陶瓷极大地提高了材料表面的耐磨损性能,在同样外加载荷下,表现为达到磨损突变点的时间更长,磨痕直径更小.     

WC／C固体润滑涂层的滑动摩擦磨损性能研究

在CETR UMT-2摩擦磨损试验机上用Si3N4陶瓷球和纯钛(TA2)球作为对磨副,对物理气相沉积(PVD)方法制备的WC/C固体润滑涂层进行了球一盘式的滑动摩擦磨损实验.利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱(EDX)对磨损表面进行了微观分析,探讨了WC/C涂层的摩擦磨损机理.结果表明:滑动速度对WC/C涂层的摩擦特性影响很大,较小的滑动速度有利于在两种对磨副的磨痕表面形成致密连续的转移膜.Si<,3>N<,4>球作为对磨副时,WC/C涂层的损伤主要表现为剥层及氧化磨损;纯钛球作为对磨副时,涂层损伤表现为轻微的磨粒磨损和氧化磨损,WC/C涂层拥有良好的抗钛粘着性能.     

双马来酰亚胺复合材料摩擦学性能的研究

采用浇铸成型法制备了两类双马来酰亚胺复合材料,分别考察了石墨、纳米Si3N4的添加量对复合材料摩擦学性能和力学性能的影响,用扫描电镜对复合材料的磨损表面形貌进行了分析.结果表明:纳米Si3N4对改善双马来酰亚胺的摩擦磨损性能方面比石墨更有效,尤其是当纳米Si3N4的添加量为1.5%(质量分数)时,复合材料的摩擦磨损性能最佳,摩擦系数降为0.25,磨损率下降72%.     

几种共聚型聚酰亚胺薄膜的摩擦学性能研究

多年来,对共聚型聚酰亚胺薄膜的摩擦学研究报道较少,为了对其摩擦学应用提供试验依据,以均苯四甲酸酐、邻苯二胺、间苯二胺和对苯二胺为原料,利用具有不同组成的2种二胺的混合溶液与以均苯四甲酸酐进行反应,通过2步法在玻璃表面制备了共聚型聚酰亚胺薄膜.采用热分析仪考察了聚酰亚胺薄膜的热稳定性,用DF-PM型动静摩擦因数精密测定装置考察了其摩擦学性能.结果表明,由邻苯二胺以及邻苯二胺含量较高的混合溶液与以均苯四甲酸酐反应得到的聚酰亚胺薄膜的摩擦学性能明显优于由其他物质制成的聚酰亚胺的性能.     

Si3N4和52100钢对磨副材料对CrN薄膜干摩擦学行为的影响

利用阴极电弧离子镀技术在316L不锈钢基体上制备了CrN薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪对CrN薄膜的形貌、成分和力学性能进行了表征。为了研究Si_3N_4和52100钢对磨副材料对CrN薄膜和316L不锈钢干摩擦行为的影响,在2N、5N、8N三种载荷下,将CrN薄膜和316L不锈钢基体与Si_3N_4陶瓷球和52100钢球分别进行了往复式滑动干摩擦实验。采用扫描电子显微镜观察了磨痕的微观形貌,并对CrN薄膜和316L不锈钢基体的磨损机制进行了分析。结果表明:CrN薄膜表面平整,缺陷较少;CrN薄膜的纳米硬度约为28GPa,弹性模量约为350GPa;与Si_3N_4陶瓷球相比,CrN薄膜与52100钢球摩擦时摩擦因数相对较小(保持在0.7左右)且更加稳定;316L不锈钢的摩擦因数远大于CrN薄膜且波动较大;对磨球为Si_3N_4陶瓷球时,CrN薄膜的主要磨损机制为磨粒磨损,伴有少量的氧化和黏着磨损,316L不锈钢的磨损机制主要为磨粒磨损和塑性变形,伴有少量的氧化和黏着磨损;对磨球为52100钢球时,CrN薄膜的主要磨损机制为黏着磨损,伴有少量的氧化,316L不锈钢的磨损机制主要为黏着磨损,伴有少量的氧化和磨粒磨损。CrN薄膜与两种对磨球的磨损量均小于316L不锈钢基体的磨损量,说明CrN薄膜有效提高了基体的耐磨性。     

TiSiN-Ag磁控溅射薄膜的微结构和性能

为了研究Ag元素对Ti Si N薄膜结构及性能的影响,通过磁控溅射法制备了不同Ag含量的Ti Si N-Ag薄膜,采用EDS,XRD,XPS,TEM,CSM纳米压痕仪,UMT-2摩擦磨损仪和BRUKER三维形貌仪对薄膜的成分、微结构、力学性能和摩擦磨损性能进行了研究。结果表明:Ti Si N-Ag薄膜是由面心立方Ti N相、非晶Si3N4相和面心立方单质Ag相组成,单质Ag相的存在阻碍Ti N晶粒的生长;随Ag原子分数的增加,单质Ag相增加,导致Ti Si NAg薄膜的硬度和弹性模量逐渐下降;单质Ag相具有润滑作用,使薄膜硬度降低,磨痕中的硬质颗粒减少,摩擦系数从0.70降至0.39,磨损率也逐渐降低。     

液晶聚芳酰胺自组装膜的摩擦学性能

研究了液晶聚芳酰胺在表面羟基化载玻片上的自组装行为及液晶聚合物薄膜的摩擦磨损性能。结果表明．自组装液晶聚芳酰胺薄膜修饰的基底在低载荷下与Si3N4陶瓷球对磨时的摩擦系数非常低和稳定，耐磨寿命较其它聚酰胺类固体润滑膜更长。因此，自组装液晶聚芳酰胺超薄膜可以作为低载荷下硅基材料的减摩抗磨防护层。     

A Comparative Investigation of the Tribological Behavior of Short Fiber Reinforced Polyimide Composites Under Dry Sliding and Water-Lubricated Condition

The friction and wear behavior of high performance polyimide (PI) and its composites reinforced with short cut fibers such as carbon fiber, glass fiber and quartz fiber was comparatively evaluated under dry sliding and water-lubricated condition, aiming at selecting matching materials for the pumps of pure water power transmission. The wear mechanisms of the composites under the two different sliding conditions were also comparatively discussed, based on scanning electron microscopic examination of the worn composite and steel counterpart surfaces. As the results, the PI composites reinforced with carbon fiber have the best mechanical and tribological properties compared with glass fiber and quartz fiber. PI composites sliding against stainless steel register lower friction coefficients and wear rates under water-lubricated condition than under dry sliding though the transfer of PI and its composites was considerably hindered in this case. PI and its composites are characterized by plastic deformation, micro cracking, and spalling under both dry-and water-lubricated sliding. Such plastic deformation, micro cracking, and spalling is significantly abated under water-lubricated condition. The glass and quart2 fibers were easily abraded and broken when sliding against steel in water environment, the broken fibers transferred to the mating metal surface and increase the surface roughness of mating stainless steel. This is probably the cause of the increased wear rate of glass fiber and quartz fiber PI composites in this case.     

氮离子注入浓度对弹条钢基体Cr/CrSiN复合涂层的摩擦学性能影响研究

在轨道用扣件弹条钢(60Si2Cr)上注入不同浓度的氮离子,用电弧离子镀技术沉积了Cr过渡层,并在其上制备了CrSiN/Cr复合涂层。在UMT-3多功能摩擦磨损机上对复合层进行了法向载荷为20N的摩擦磨损实验,探讨了经不同氮离子注入浓度后Cr/CrSiN复合涂层摩擦磨损行为和损伤机理,研究发现,经氮离子注入后,复合涂层表面硬度明显的增加,随着离子注入浓度的升高涂层的耐磨性逐渐提高,其磨损机制主要为剥落和磨粒磨损。     

改性纳米Si_3N_4/环氧树脂复合材料的摩擦磨损特性

研究纳米氮化硅粒子(Si3N4)填充环氧树脂复合材料的滑动干摩擦磨损特性,着重探讨纳米粒子表面接枝共聚改性、粒子含量对复合材料摩擦磨损性能的影响。通过对复合材料磨损表面的粗糙度及形貌分析探讨复合材料的磨损机理。结果表明,纳米氮化硅粒子能在很低的含量下(0.18%(体积分数,下同))显著提高环氧树脂的耐磨性、并降低其摩擦系数,而经过接枝共聚改性的纳米Si3N4粒子填充的复合材料的上述性能改善更为明显,耐磨性比Si3N4/EP提高3倍,摩擦系数降低20%。这说明,在Si3N4纳米粒子表面进行接枝共聚后,有利于加强粒子与基体的界面结合,从而改善复合材料的摩擦学性能。     

2种改性聚四氟乙烯固体润滑剂的摩擦学二次转移行为

为改善聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的性能,将青铜粉(Bronze)、聚酰亚胺(PI)填充PTFE材料对其进行改性,采用冷压成型、自由烧结工艺分别制备了2种固体润滑剂,在改装的M-2000型摩擦磨损试验机上考察了2种固体润滑剂的二次转移性能;用扫描电子显微镜对上试样的磨损表面进行观察和分析。结果表明:PTFE复合材料作固体润滑剂所形成的二次转移能够改善体系的摩擦学性能,填料的加入增强了PTFE复合材料转移膜与底材的结合强度,起到了保护金属表面的作用;PTFE/Bronze比PTFE/PI的复合材料更适宜作润滑源使用。     

Characterization and Tribological Behavior of Octadecene, Dodecene and Undecenoic Acid Films on Si Substrate

1.IntroductionWith the development of micromachines,the lubri-cation problem of microelectronic-mechanical systems(MEMS)has become more and more important.Con-ventional lubricants such as lubricating grease and oilcannot apply to MEMS owing to their extremely minia-turized size[1].It becomes a pressing problem to developnovel lubricating materials and methods so as to get rid ofthe friction-induced performance degradation and avoidfailure of MEMS devices.Efforts have been made in thisresp…     

Analysis of plastic deformation in diamond like carbon films-steel substrate system with tribological tests

The influence of plastic deformation of the substrate on the tribological properties of diamond like carbon (DLC) films was investigated in DLC films-steel substrate system. The tribological properties of DLC films deposited on different hardness steel were evaluated by a ball on disk rotating-type friction tester at room temperature under different environments. In dry nitrogen, DLC films on soft steel exhibited excellent tribological properties, especially obvious under high load (such as 20 N and 50 N). However, DLC films on hard steel were worn out quickly at load of 20 N. Plastic deformation was observed on soft steel after tribological tests. The width and depth of plastic deformation track increased with increase of the experimental load. Super low friction and no measurable wear were kept in good condition even large plastic deformation under high load conditions in DLC films-soft steel system. In open air, DLC films on soft steel exhibited high coefficient of friction and DLC films on ball were worn out quickly. Plastic deformation was not observed on soft steel because the contact area increased and the thick hardened layer on contact surface were formed by DLC films and debris particles together on the steel substrate. The wear track on steel became deep and wide with increase of loads and DLC films were worn out. The experimental results showed that super low friction and high wear resistance of DLC films on soft steel can be attributed to the good adhesion and plastic deformation. Plastic deformation played an active role in the tribological properties of DLC films on soft steel in the present work.     

纳米SiC与PI填充改性PTFE复合材料的摩擦磨损性能

以纳米碳化硅(Nano-SiC)和聚酰亚胺(PI)为填料,经过机械共混、冷压成型和烧结等工艺制备Nano-SiC与PI共同填充改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料。利用MRH-3型环-块摩擦实验机研究不同实验条件下复合材料的摩擦磨损性能并记录磨损表面温度变化。通过扫描电镜观察试样磨损表面和转移膜形貌,分析其磨损机理。结果表明:纳米粒子含量、载荷和速度的变化会引起磨损表面温度发生变化,影响复合材料的摩擦磨损特性,复合材料磨损表面形貌和转移膜形貌也随之改变;随着纳米粒子含量增加,摩擦温升更快进入平稳阶段,有利于降低复合材料的磨损率;载荷由100N增加至400N,速度由1m/s增加至4m/s时,复合材料的摩擦磨损特性大幅下降,磨损表面形貌和转移膜形貌有显著变化,重载和高速条件下复合材料的磨损率高;环境温度在室温到135℃变化时复合材料的摩擦性能变化不明显。     

纳米TiO2填充聚醚砜酮复合材料的摩擦学性能

采用热压成型的方法制备了纳米TiO2填充聚醚砜酮(PPESK)复合材料，在MM—2000摩擦磨损试验机上考察了干摩擦条件下纳米TiO2含量以及试验载荷对复合材料摩擦磨损性能的影响，并利用扫描电子显微镜(SEM)观察分析PPESK及纳米TiO2／PPESK复合材料磨损表面形貌及磨损机理。结果表明，添加少量纳米TiO2即可以明显提高PPESK的耐磨性，当纳米TiO2含量超过2．5％(体积)时，其耐磨性随填料含量变化不明显，载荷对纳米TiO2填充PPESK复合材料磨损率的影响不大。在低含量时(＜2．5％)，纳米TiO2具有减摩效果，高含量时反而比未填充时大；随量载荷的增加，填充PPESK的摩擦系数显著降低。