Ni-P/Ti/DLC多层膜的摩擦磨损性能

目的研究摩擦速度、载荷及加热温度对Ni-P/Ti/DLC多层膜摩擦磨损性能的影响。方法用化学镀镍磷工艺在模具钢基体表面镀上Ni-P层作切削层,采用过滤阴极真空电弧(FCVA)技术分别沉积Ti过渡层和DLC保护层。通过摩擦磨损实验,评价该多层膜的摩擦磨损性能。利用纳米压痕测试和拉曼光谱检测,研究该多层膜在不同加热温度下的硬度、弹性模量和结构成分。利用扫描电镜及表面轮廓仪分别对该多层膜的磨痕形貌和横截面轮廓进行分析。结果随着摩擦速度的增大,Ni-P/Ti/DLC多层膜的摩擦系数呈下降趋势,磨损率和磨损体积呈先减后增的趋势。不同载荷下的摩擦系数变化幅度较小,磨损率和磨损体积随着载荷的增大呈增加的趋势。随着加热温度的升高,摩擦系数呈下降趋势,磨损率和磨损体积呈先增后减的趋势。此外,随着加热温度的升高,多层膜表层DLC膜中石墨相逐渐增多,硬度和弹性模量随之呈先增后减的趋势。结论较高摩擦速度下,多层膜表层DLC膜石墨化趋势增强,摩擦系数变化幅度较大,且表面磨痕宽度和深度显著增加,磨损加剧。多层膜中软质的Ti金属层和硬质的DLC层,能有效提高多层膜在高载荷下的摩擦磨损性能。随着加热温度的升高,多层膜表层DLC膜中石墨相逐渐增多,摩擦过程更易生成转移膜。     

不同退火温度下a-C:Si涂层的热稳定性研究

目的在碳化硅基底上制备a-C:Si涂层,通过分析涂层在不同退火温度下的热稳定性机制,拓宽其在高温领域的应用。方法采用非平衡磁控溅射法在碳化硅表面沉积a-C:Si涂层,并进行不同温度的退火热处理,通过XPS、SEM、拉曼光谱对涂层进行表征与分析。利用分子动力学对a-C:Si涂层退火过程进行仿真,从涂层与原子结构、原子径向分布函数、配位数、键长及键角等多方面对涂层石墨化行为进行分析。通过仿真与实验数据的交叉分析,探究a-C:Si涂层热稳定性机制。结果a-C:Si涂层主要由C、Si元素组成,且碳原子之间主要形成sp~2和sp~3两种杂化键,其中sp~3键居多,随退火温度的上升,其相对含量下降。a-C:Si涂层的拉曼光谱在400～500℃时出现明显的D峰,I_D/I_G积分强度比和G峰峰值具有相似的变化趋势。退火温度升高时,涂层中键长较长的sp~3-sp~3键最先开始向sp~2-sp~2转化,随着退火温度的升高,键长较短的sp~3-sp~3键才开始变化。石墨化过程中,sp~3-sp~3键转化率最大,Si与C形成高热稳定性的Si—C键。结论退火处理对a-C:Si涂层的热稳定性有重要影响,退火温度为400℃时,a-C:Si涂层开始发生石墨化转变。Si元素能稳定原子结构,与Si成键的C-sp~3杂化原子具有更高的热稳定性,降低了石墨化的速率。     

加热温度对Ni-P/Ti/DLC多层膜力学性能的影响

目的研究不同加热温度对Ni-P/Ti/DLC多层膜力学性能的影响。方法用化学镀镍磷工艺在模具钢基体上镀Ni-P层作切削层,采用过滤阴极真空电弧(FCVA)技术分别沉积Ti过渡层和DLC保护层。利用拉曼光谱分析了多层膜表层在不同加热温度下的结构成分,采用纳米压痕、纳米划痕和扫描电镜对多层膜的硬度和弹性模量、膜层结合性能以及划痕表面形貌进行了表征。结果拉曼光谱检测结果表明,随着加热温度的升高,多层膜表层DLC膜中的AD/AG值及sp2键含量增大,且400℃时AD/AG值的变化幅度明显增大。纳米压痕实验结果表明,多层膜的硬度和弹性模量随着温度的升高呈先增后减的趋势,且在300℃时达到最大,纳米压痕过程中膜层未出现破裂现象。纳米划痕实验及SEM观测结果表明,多层膜的临界载荷A1随着加热温度的升高而增加,临界载荷A2在25~200℃区间没有明显变化,而在300~400℃区间显著增大。结论在加热温度达到400℃时,多层膜表层DLC膜的石墨化倾向显著。加热温度为300℃时,多层膜的力学性能及膜层间的结合性能较优,而400℃时膜层间的结合性能及抑制裂纹扩展能力减弱,且膜层具有较大的塑性。因此,适宜的加热温度有利于提高多层膜的力学性能和膜层间的结合性能。