非平衡磁控溅射La-Ti/WS_2自润滑薄膜的摩擦磨损行为（英文）

要满足航天器机械转动部件在恶劣工况下的工作,需研制高硬度、低摩擦系数的固体润滑薄膜。采用非平衡磁控溅射法分别制备了纯WS_2薄膜、Ti掺杂WS_2复合薄膜和La-Ti掺杂WS_2复合薄膜。分析了薄膜的微观形貌、成分、硬度和摩擦学性能。结果表明,与纯WS_2薄膜和Ti/WS_2复合薄膜相比,La-Ti/WS_2复合薄膜的微观结构更加致密。La-Ti/WS_2复合薄膜的硬度H和弹性模量E也显著提高。此外,La-Ti/WS_2复合薄膜的摩擦系数减小,并且H/E比值增大,La-Ti/WS_2复合薄膜的磨损率降低。结果表明,La的掺杂有助于在摩擦接触表面形成稳定的转移膜,提高La-Ti/WS_2复合薄膜的耐磨性和承载能力。     

Ar/N2-Ar共溅射Ti掺杂对Ta2O5 涂层光学和力学性能的影响

为了探索Ar/N₂-Ar共溅射Ti掺杂对Ta₂O₅涂层光学性能和力学性能的影响,采用射频和直流磁控共溅射技术在玻璃基底表面制备了Ta₂O₅、N₂-Ta₂O₅、Ti-Ta₂O₅和N₂-Ti-Ta₂O₅涂层。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）表征了Ta₂O₅、N₂-Ta₂O₅、Ti-Ta₂O₅和N₂-Ti-Ta₂O₅涂层的微观结构和表面形貌;通过紫外可见分光光度计测试了涂层的光学参数;采用纳米压痕仪测试了涂层的硬度和杨氏模量。XRD测试结果表明,Ta₂O₅、N₂-Ta₂O₅、Ti-Ta₂O₅和N₂-Ti-Ta₂O₅涂层主要以Ta₂O₅为主体的非晶相结构组成。SEM和AFM结果显示,沉积在玻璃基底上的涂层未出现大面积空隙,溅射粒子在基底表面均匀堆积生长,并且涂层沉积厚度基本一致,厚度误差在5%以内。分别引入N₂和Ti及N₂-Ti共掺杂,均可降低Ta₂O₅涂层的粗糙度。光学测试结果表明,分别引入N₂和Ti元素,可以提高Ta₂O₅涂层的平均透射率至81%以上,而N₂-Ti共掺杂制备的N₂-Ti-Ta₂O₅涂层平均透射率降低。力学测试结果显示,与Ta₂O₅涂层对比,N₂-Ta₂O₅和N₂-Ti-Ta₂O₅涂层的硬度显著增大,Ti-Ta₂O₅涂层硬度基本一致。弹性指数（H/E）和塑性指数（H³/E²）表明,N₂-Ta₂O₅涂层和N₂-Ti-Ta₂O₅涂层具备更好的断裂韧性和抗塑性变形能力。在玻璃表面制备Ta₂O₅掺杂N₂和Ti元素的涂层,可以实现以N₂-Ta₂O₅涂层和N₂-Ti-Ta₂O₅涂层为代表的、同时具备优异光学性能和力学性能的多功能涂层。     

纳米柱状多孔WO3- x /TiO2 薄膜的电致变色性能

采用反应磁控溅射在掠射角度α=0°和α=80°的条件下制备氧化钨（WO_3-x）薄膜,然后在其表面沉积二氧化钛（TiO₂）。利用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（FE-SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）对WO_3-x/TiO₂薄膜的晶体结构、表面/断面形貌以及表面化学成分进行表征。在三电极体系1 mol/L LiClO₄/PC溶液中,采用电化学工作站和紫外-可见分光光度计测试了WO_3-x/TiO₂薄膜的电致变色性能。XRD结果表明,WO_3-x/TiO₂薄膜为非晶态结构,与掠射角度无关。当掠射角度为80°时,获得了纳米柱状多孔薄膜。从 W 4f和Ti 2p的XPS谱图确认氧化钨为亚化学计量比的WO_3-x,而氧化钛为满足化学计量比的TiO₂。与致密薄膜相比,纳米柱状多孔薄膜需要较低的驱动电压且具有较快的响应速度。纳米柱状多孔薄膜的电荷容量为83.78 mC,是致密薄膜电荷容量30.83 mC的2倍以上。在±1.2 V驱动电压下,注入和脱出离子扩散速率分别为D_in=5.69×10^-10 cm²/s和D_de= 5.08×10^-10 cm²/s。与纯WO₃薄膜相比,WO_3-x/TiO₂薄膜的电致变色循环稳定性更好。纳米柱状多孔薄膜在可见光范围内具有较大的光调制幅度,因此其光密度变化（ΔOD）大于致密薄膜。     

高功率脉冲磁控溅射技术制备纳米级ZrO2薄膜的高耐腐蚀性

高质量的金属氧化物薄膜在航天航空、海洋船舶等极端环境下的关键部件有着广泛的应用需求,但传统制备技术易导致薄膜疏松多孔,产生空隙裂纹等缺陷,高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)已被证明是一种有效制备无空洞和无弧滴致密薄膜的有效方法。通过 HiPIMS 技术在不锈钢表面制备超薄致密 ZrO₂ 薄膜,重点研究不同 O₂流量下耐腐蚀性能的调控规律。 通过扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱仪(XPS)、X 射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、纳米压痕仪(Nano Test P3)、电化学设备(CS300)等对 ZrO₂薄膜的表面形貌、物相结构、力学性能、耐腐蚀性能等方面进行研究。研究结果显示, 在 O₂流量为 40 mL/ min 时,ZrO₂ 薄膜的纳米硬度 H 最高为 26.38 GPa,弹性模量 E 为 290.9 GPa;同时,在电化学腐蚀试验中,其自腐蚀电流密度 I_corr达到 45.802 pA / cm² ,与 304L 不锈钢相比降低了 4 个数量级;电化学阻抗谱(EIS)显示,随 O₂流量的增加,容抗弧半径、低频区阻抗值和相角均随之不断增大,进一步表明 O₂ 流量为 40 min / mL 制备薄膜的耐腐蚀性能最优。通过 HiPIMS 技术能够制备出高质量的 ZrO₂ 薄膜,其高耐腐蚀性对基体起到了强效的防护作用,对防腐薄膜的研究和应用具有一定参考价值。     

脉冲激光沉积WSx/a-C复合薄膜的结构与摩擦学性能

采用脉冲激光烧蚀石墨/WS₂组合靶,在硅基片上沉积不同碳质量分数的WSx/a-C复合膜。用能谱仪、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对薄膜的成分、形貌和微观组织进行了表征。采用纳米压痕仪、涂层附着力划痕仪和球-盘式摩擦磨损试验机对薄膜的硬度、结合力和大气中(相对湿度50~55%)的摩擦学性能进行了测试。结果表明,薄膜的S/W比稳定在2.0左右且形成了(002)择优取向的WS₂相。随着薄膜中碳质量分数的增加,薄膜的硬度在36.1%C时出现最高值,结合力随之增大且在52.4%C时达到最高值,摩擦因数先降低后增加,在41.2%C时有最小值0.144。薄膜磨损率在(0.91~1.61)×10_-15 m₃N_-1m_-1范围内变化,36.1%C的WSx/a-C复合膜具有最佳耐磨性能。     

镁扩散制备Pr6O11掺杂的 MgB2块体临界电流密度和磁场性能研究

采用镁扩散方法制备了Pr₆O₁₁纳米颗粒添加的MgB₂超导块体,研究了Pr₆O₁₁掺杂对其临界电流密度(J_c),不可逆磁场(H_irr)和上临界磁场(H_c2)的影响。实验结果表明Pr₆O₁₁纳米颗粒掺杂明显提高了块体的J_c,H_irr和H_c2,但没有降低其超导转变温度T_c。在20 K自场条件下,质量比为1 wt.% Pr₆O₁₁掺杂的MgB₂块体的J_c较没掺杂样品提高了将近5倍, J_c=3.61×10₅A/cm₂。在10 K温度下,MgB₂块体H_c2 和H_irr较没掺杂样品分别提高了1.9 T and 2.6 T。同时讨论了Pr₆O₁₁纳米颗粒掺杂对MgB₂块体的电性能和磁通钉扎机制的影响。     

氮流量对六方氮化硼(hBN)薄膜结构和力学性能的影响

目的 研究磁控溅射过程氮气(N2)流量对六方氮化硼(hBN)薄膜结构和力学性能的影响,为设计新型结构hBN薄膜提供新思路。方法 利用中频电源磁控溅射硼靶,调节不同N2流量(6、12、18、24、30、36 mL/min),沉积4 h后得到hBN薄膜,使用表征工具分析N2流量对hBN薄膜的组成、微观结构、表面形貌以及力学性能的影响。最后使用透射电子显微镜和选区电子衍射对所制备薄膜的纳米晶粒尺寸和晶体点阵结构进行分析。结果 XRD结果显示,薄膜物相主要为hBN。XPS结果说明,所制备薄膜为富硼hBN薄膜。薄膜的硬度和弹性模量随N2引入量的增加呈现先下降、后上升的趋势,最大硬度可达7.21 GPa,对应弹性模量为116.78 GPa。薄膜最低的硬度值为1.2 GPa,弹性模量为32.68 GPa。薄膜弹性破坏应变(H/E^*)和塑性变形抗力(H³/E^*2)随N2引入量的增加也呈现先上升、后下降的趋势,硬度最高薄膜对应的H/E^*值为6.414 ´ 10^–2,H³/E^*2值为29.27 ´ 10^–3 GPa,最低硬度值对应的H/E^*值为3.819 ´ 10^–2,H³/E^*2值为1.77 ´ 10^–3 GPa。透射结果显示,当N2引入量从6 mL/min逐渐增加到36 mL/min时,薄膜微观结构由结晶较差的卷曲结构过渡到局部纳米晶结构,最后形成结晶性较好的卷曲结构,并再次证明所制备薄膜为hBN。结论 在中频磁控溅射沉积hBN薄膜时,通过调整N2流量可以有效调节薄膜的特殊组成,使结构发生转变,进而影响薄膜的力学性能。     

长期时效N10276合金在CO2/H2S/Cl- 环境中的腐蚀行为

通过电化学阻抗与循环动电位极化的方法研究了在CO₂/Cl^-以及CO₂/H₂S/Cl^-溶液体系中、长期时效前后N10276合金的腐蚀机理。结果表明,阻抗弧的低频区间出现了一个不完整的容抗弧,并且随H₂S浓度的增加（10~100 μL/L）转变为Warburg阻抗,其主要原因是高含量H₂S相关吸附物。H₂S可以增加合金腐蚀速率。相比较而言,长期时效处理主要作用于合金点蚀的形成,其中,经过长期时效处理的奥氏体组织内存在大量的第二相（富含Mo与Ni的μ相）,而析出物周围的区域成为优先腐蚀区域,进而导致了N10276合金点蚀的发生。     

纳米CeO2掺杂对烧结钕铁硼磁体表面Zn-Al涂层性能的影响

采用喷涂工艺在烧结钕铁硼磁体表面制备了不同纳米 CeO₂ 掺杂量的 CeO₂ / Zn-Al 复合涂层。 利用扫描电子显微镜、显微硬度仪、盐雾试验箱和电化学工作站对 CeO₂ / Zn-Al 复合涂层的微观结构、力学性能及耐腐蚀性能进行表征分析。 结果表明:CeO₂ 纳米颗粒较均匀弥散分布于 Zn-Al 涂层中,不仅能够增加 Zn-Al 涂层的硬度,而且可以提高 Zn-Al 涂层的屏蔽性能,CeO₂ / Zn-Al 复合涂层耐中性盐雾试验能力高达 720 h。 添加的 CeO₂ 颗粒能够隔绝 Zn-Al 涂层中的锌铝薄片之间的直接接触,起到绝缘作用,延长了腐蚀介质渗入钕铁硼基体的腐蚀通道。     

高分子辅助沉积法制备Sm x Nd1- x NiO3 外延薄膜

采用高分子辅助沉积法制备掺杂不同钐（Sm）含量的Sm_xNd_1-xNiO₃外延薄膜（钐掺杂量x=0.5,0.55,0.6）。X射线衍射（特征θ-2θ扫描、摇摆曲线和φ-scan）和扫描电子显微镜的测试结果表明,制备的薄膜结晶性和外延性良好,与衬底的（001）取向保持一致。电阻率-温度曲线表明制备的外延薄膜均表现出金属绝缘体转变现象。随着Sm掺杂量的提高,金属绝缘体转变温度逐渐升高;当x=0.55时,外延薄膜的转变温度在室温附近。并且高分子辅助沉积法可以简单有效地制备热致变色外延薄膜。     

溅射功率对La-Ti/WS2 复合薄膜高温摩擦学行为的影响

高温条件下WS₂易于氧化生成WO3,导致WS₂固体润滑薄膜的摩擦学性能受到较大影响。为改善WS₂固体润滑薄膜在高温条件下的摩擦学性能,采用非平衡磁控溅射技术制备了共掺杂La-Ti/WS₂复合薄膜,研究了靶功率对磁控溅射La-Ti/WS₂复合薄膜结构和高温摩擦学性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了薄膜微观形貌、成分、力学性能、微观结构。利用高温摩擦磨损试验机研究了复合薄膜的高温摩擦学性能。结果表明,高温环境下,靶功率为20W时La-Ti/WS₂复合薄膜表现出优异的摩擦学性能。此时,复合薄膜H/E值最大,摩擦系数最小,平均为0.012,磨损率最低为1.56×10^-8mm³/N·m,这主要归因于高温下摩擦界面产生的稀土氧化物,促使La-Ti/WS₂复合薄膜的摩擦磨损机制发生了改变,使得WS₂在高温受破坏的情...     

聚酰亚胺基自润滑材料与WS2-Ag固体润滑膜的相容性

为研究聚酰亚胺基新型润滑材料与钢表面固体润滑膜的相容性,采用离子束辅助沉积技术在 9Cr18 轴承钢材料上制备掺杂 Ag 的 WS₂ 固体润滑膜,并在摩擦磨损试验机(MS-T3000)上进行聚酰亚胺基自润滑保持架材料做成的球面销(简称:PI 基销)与 9Cr18 钢,以及 PI 基销与 WS2 -Ag 膜的摩擦试验。 通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、光学显微镜、激光共聚焦显微镜及红外光谱仪检测 WS₂ -Ag 固体润滑膜与 PI 基销的表面和磨痕形貌、成分和官能团。 结果显示:摩擦磨损后,WS₂ -Ag 膜与 PI 基材料均未发生化学反应,各自保持固有的润滑性能,并表现出了良好的相容性。     

IBAD制备WS_2-Ag固体润滑膜在海南湿热环境的耐候性能

为了研究固体润滑膜的耐候性失效行为,利用考夫曼离子源与磁控溅射相结合的离子束辅助沉积(IBAD)技术在9310基底材料上制备Ag掺杂WS_2固体润滑膜。通过海南湿热环境挂片、摩擦磨损性能测试以及Pro-XPS、XRD和FESEM检测技术,检测膜层的耐候性能、摩擦磨损性能并表征测试前后的化学态、物相与表面形貌等,分析膜层在海南湿热环境下的失效机理。研究结果表明:制备的WS2-Ag固体润滑膜实现了纳米级Ag颗粒的掺杂,WS_2与Ag皆为六方层状晶体结构,维持0.05摩擦因数的时间超过600 min。挂片试验后复合膜表层生成WO_3和AgO_2,内部形成非晶AgO_2,WO_3含量降低甚至消失;氧化物的形成影响了转移膜的形成与磨粒磨损过程,进而导致复合膜的润滑性能降低,使其维持低摩擦因数(0.09)的时间降至30 min。     

掺Ti量对类金刚石薄膜机械性能的影响

采用非平衡磁控溅射技术,通过改变Ti靶溅射电流,在不锈钢衬底表面沉积了不同掺Ti量的类金刚石薄膜(Ti-DLC),研究了掺Ti量对薄膜的显微硬度、弹性模量、膜/基结合强度、断裂韧性及摩擦磨损行为的影响。结果表明:DLC薄膜掺杂Ti后,硬度明显提高,且随着Ti靶溅射电流的增大,薄膜硬度先增加、后降低,Ti靶溅射电流为1.5A时,薄膜硬度最高;掺杂适量的Ti,可以明显改善DLC薄膜的膜/基结合强度和断裂韧性,并能明显降低DLC薄膜的摩擦系数。     

Study on nanocrystalline Cr2O3 films deposited by arc ion plating: II. Mechanical and tribological properties

In this work, the influence of substrate bias voltage on the microhardness, adhesive strength, friction coefficient, and wear rate of AIP Cr₂O₃ films deposited on AISI 304 stainless steel substrates was investigated systematically. In the meantime, the wear failure mechanism of AIP Cr₂O₃ films in dry sliding contact was also analyzed and discussed. The results showed that the mechanical properties, adhesive behaviors, and tribological performance of AIP Cr₂O₃ films were greatly altered by applying a negative bias voltage. With increasing the bias voltage, the hardness, critical load, and tribological performance of AIP Cr₂O₃ films first were improved gradually, and then were impaired slightly again. When the bias voltage is − 100 V, the Cr₂O₃ film possessed the highest hardness, the strongest adhesion, and the best wear resistance. The essence of above phenomena was attributed to the variations of microstructure and defect density in the films induced by the substrate bias voltage increase. The main wear failure mechanism of AIP Cr₂O₃ films is crack initiation and propagation under the high contact stresses, inducing the local film with small area to flake off gradually, and eventually leading to the formation of a wear scar.     

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。     

DLC and UHMWPE as hard/soft composite film on Si for improved tribological performance

The main purpose of this study is to explore the advantages of using a composite thin film of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) on a hard diamond like carbon (DLC) coating deposited on Si, for high wear life and low coefficient of friction. The experiments are carried out using a ball-on-disc tribometer at a constant linear speed of 0.052 m/s. A 4 mm diameter silicon nitride ball with a normal load of 40 mN is used as the counterface. The tribological results are discussed on the basis of hardness, elastic modulus, contact area, contact pressure and optical images of surface films. As a result of higher load carrying capacity (high hardness and elastic modulus), the wear life of Si/DLC/UHMWPE coated layer is approximately five times greater than that of Si/UHMWPE. Looking at the film thickness effect, UHMWPE film shows maximum wear resistance when the film is of optimum thickness (6.2 μm-12.3 μm) on DLC. Wear mechanisms of different UHMWPE thicknesses for Si/DLC/UHMWPE film are explained using optical microscopy of worn surfaces. Further, the use of perfluoropolyether (PFPE) ultra-thin film as the top layer on the composite coatings reduces the coefficient of friction to very low values (0.06-0.07) and increases the wear life of the films by several folds.     

Effect of WS2 particle size on mechanical properties and tribological behaviors of Cu-WS2 composites sintered by SPS

The mechanical properties and tribological behaviors of Cu-WS₂ composites fabricated by spark plasma sintering (SPS) using two different WS₂ particle sizes of 0.6 and 5.0 µm and Cu powders as raw materials were investigated. The results indicate that the bending strength and tribological behavior of Cu-WS₂ composites are greatly affected by the size of WS₂ particles. The bending strength of Cu-WS₂ composites with the WS₂ particle size of 5.0 μm is 292.2 MPa. As the size of WS₂ particle decreases to 0.6 µm, the bending strength also decreases to 181.5 MPa. Moreover, as the WS₂ particle size decreases from 5.0 to 0.6 µm, the wear rate of Cu-WS₂ composite sharply increases from 2.99×10^?14 to 6.13×10^?14 m³/(N·m) and its friction coefficient increases from 0.158 to 0.172. The size of WS₂ particle (5.0 μm) plays an important role in forming transfer film formed on the counter-face. The sample with 5.0 μm WS₂ particle forms smoother and more continuous transfer film, which results in a low wear rate and friction coefficient of the Cu-WS₂ composites.     

Mechanical properties of La2O3 doped diamond-like carbon films

Twelve La₂O₃ doped diamond-like carbon (DLC) nanofilms were deposited using unbalanced dual-magnetron sputtering. AFM, XRD, Raman spectroscopy, AES, XPS, TEM, contact surface profiler and nanoindenter were employed to investigate the structure and tribological properties of deposited films. The results show that the La₂O₃ doped DLC films are amorphous. La₂O₃ doping obviously decreases internal stress, and effectively increases the elastic modulus. This results from the dissolving and dissolution of La₂O₃ within the amorphous DLC matrix. Furthermore, the friction coefficient of the doped DLC films decreases, and adhesion strength increases. These are attributed to the lubrication function of La₂O₃ and the formation of transition layer at interface, respectively.