类金刚石膜与表面织构双重改性下CoCrMo合金摩擦性能研究

研究采用类金刚石碳(DLC)薄膜和表面织构双重改性技术对CoCrMo合金进行了表面处理,借助摩擦试验研究配副系统的摩擦性能,并分析了摩擦和磨损机理。结果表明,改性前的CoCrMo/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)配副在生理盐水溶液润滑下的摩擦系数低至0.05。当接触压力为3.5 MPa时,DLC薄膜改性后的配副在牛血清白蛋白(BSA)溶液中平均摩擦系数为0.25,在生理盐水中的平均摩擦系数为0.42;DLC薄膜和表面织构双重改性处理的配副在BSA溶液和生理盐水润滑下的摩擦系数分别为0.23和0.31,表明改性处理不能发挥减摩效果。未改性的CoCrMo试样在生理盐水润滑下磨损表面存在大量UHMWPE磨屑,并且UHMWPE磨屑发挥自润滑作用。改性处理提高了CoCrMo试样盘的耐磨性能,却抑制了UHMWPE磨屑在CoCrMo试样盘表面的粘附。双重改性表面在存储磨损磨屑和提高表面耐磨性能方面具有协同效应。     

ABS基材表面功能装饰CrCu涂层制备及性能研究

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(简称为ABS)的密度低、柔韧性好、易于机械加工、成本低,已被广泛应用于汽车、卫浴、家电等领域。为改善传统ABS表面电镀金属化改性技术的不足,本文采用具有干式、绿色特点的双靶磁控溅射镀膜技术,在ABS表面设计制备了CrCu复合改性涂层,重点研究了Cu含量对涂层组分结构、色泽、力学及耐候性能的影响。结果表明,调控Cu靶溅射电流从0.5 A增加到2 A,CrCu复合涂层中的铜含量在15.2-48.3%(质量比)之间变化,且所有涂层呈柱状生长结构,Cu主要以固溶形式弥散分布在Cr(110)的主相晶格结构中。随着Cu含量增加,CrCu复合涂层从纯Cr涂层银白色逐渐变为浅紫红色,涂层弹性模量也随之下降,与基材弹性模量匹配更好;但因Cu元素含量过高,复合涂层硬度降低。另外,Cr涂层中Cu的引入能够提高ABS表面金属涂层的耐候性。     

CNx薄膜的结构、力学性能和摩擦学性能

采用射频磁控溅射方法制备了非晶CNx薄膜。利用纳米硬度计研究了薄膜沉积过程中基体负偏压对薄膜硬度和弹性的影响。利用X光电子能谱分析了CNx薄膜的结构。另外 ,还研究了在微动摩擦实验中振动频率、振幅和载荷对摩擦系数的影响。     

退火对铪掺杂类金刚石薄膜结构和力学性能的影响

退火可以改善材料的微结构,增加其韧性和释放其内应力。采用双靶共溅技术制备了铪掺杂类金刚石薄膜（HfDLC）样品,并对样品进行了不同温度的退火处理,研究了薄膜退火前后的形貌、键合结构和硬度和摩擦性能等的变化。结果表明,Hf-DLC薄膜中Hf与C形成纳米晶HfC;在250℃条件下退火,薄膜仍比较稳定;300℃退火后,薄膜结构开始发生变化,表面颗粒增大、变得粗糙;退火温度达到350℃以上,薄膜的结晶性变好,HfC结构增加。薄膜的硬度随着退火温度的增加先略有减小而后增加,薄膜与基体间的结合得到改善,这是由于薄膜的结构随退火温度发生改变所致。     

磁控溅射工艺对沉积丙纶无纺布基底金属薄膜的影响

本文利用直流磁控溅射法在丙纶无纺布基底沉积铜、不锈钢及氧化铜薄膜,研究了本底真空度、工作气体流量、溅射功率、工作气压等溅射工艺参数对薄膜沉积速率、薄膜厚度和表面形貌的影响规律,测试了镀膜前后样品的抗紫外和抗红外性能。结果表明,一定范围内的本底真空度的变化对成膜性能影响很小;存在一个比较合适的氩气流量大小和工作气体压强范围,使得沉积速率最大;沉积速率与溅射功率成正相关关系。经测试,镀铜膜后的织物抗紫外性能明显提高。     

Ti-Ta-O涂层的抗凝血性研究

利用磁控溅射技术合成了Ti-Ta-O薄膜涂层,采用体外血小板粘附试验,动态凝血时间测定以及动物体内试片埋植试验等评价方法,对涂层的抗凝血特性进行了研究;并采用Tauc法研究了涂层的禁带宽度,研究结果表明,Ti-Ta-O薄膜涂层具有良好的抗凝血特性以及禁带宽度为3．2eV的半导体特性,此外,探讨了Ti-Ta-O涂层的抗凝血机理,并提出材料的半导体特性是影响Ti-Ta-O涂层抗凝血特性的主要原因之一。     

Microstructure and Tribological Properties of Plasma-sprayed Nanostructured Sulfide Coating

The friction and wear properties of plasma-sprayed nanostructured FeS coating were investigated on an MHK- 500 friction and wear tester under both oil lubrication and dry friction condition. The microstructure, worn surface morphology and phase composition of the coating were characterized by scanning electron microscopy （SEM） and X-ray diffraction （XRD）. It was found that the coating was mainly composed of FeS. a small quantity of Fe1-xS and oxide were also found. The coating was formed by small particles of 50～100 nm in size The thickness of the coating is approximately 150 μm. The friction-reduction and wear-resistance properties of plasma-sprayed nanostructured FeS coating were superior to that of GCr15 steel substrate. Especially under oil lubrication condition, the friction coefficient of nanostructured FeS coating was 50% of that of GCr15 steel, the wear scar widths of the coating were also reduced to nearly 50% of that of GCr15 steel under high load. The failure of the coating was mainly attributed to plastic deformation under both oil lubrication and dry friction condition.     

Preparation of Oil-Encapsulated Microcapsules and Tribological Property of Ni Composite Coating

Microcapsules containing oil are potential candidate materials for preparing electrocomposite coatings with excellent tribological properties. In the present study, the preparation of oil-encapsulated microcapsules and electrodeposition of Ni-microcapsule composite coating are presented along with the properties of the coating. In situ interfacial polymerization method was used for the preparation of lubricating oil-encapsulated urea-formaldehyde microcapsules. The synthesized microcapsules were incorporated into the nickel matrix by electrodeposition using Ni-Watts bath. The Ni-composite coating containing microcapsules exhibited smaller Ni grain size, higher microhardness and lower surface roughness compared to plain Ni coating. Electrodeposited Ni coating containing oil-encapsulated microcapsules exhibited improved tribological properties with lower wear loss and coefficient of friction compared to plain nickel coating.     

环氧树脂粘接润滑涂层摩擦学特性

为研究环氧树脂粘接固体润滑涂层的摩擦磨损性能及机理,采用端面摩擦磨损试验机在干摩擦变载荷条件下进行了该涂层的摩擦磨损性能试验与分析,结果表明,试验初期涂层表面的环氧树脂与钢对偶件直接接触,减摩润滑效果不佳;随着载荷的增加与时间的延长,涂层表面逐渐形成固体润滑保护薄膜以及在对偶件表面形成转移润滑层,涂层进入稳定摩擦磨损阶段并显示出优异的减摩润滑性能;当载荷超过涂层承载能力时,涂层表面磨损加剧,直至涂层剥落、失效。     

溅射气压对碳化钒薄膜微结构与力学性能的影响

采用碳化钒靶的磁控溅射方法在不同的Ar气压下制备了一系列碳化钒薄膜,利用能量分析光谱仪,X射线衍射,扫描电子显微镜,原子力显微镜和微力学探针研究了气压对薄膜成分、相组成、微结构以及力学性能的影响。结果表明磁控溅射VC陶瓷靶可以方便地制备晶体态的单相碳化钒薄膜,并且溅射气压对薄膜的化学成分、相组成、微结构以及相应的力学性有较大的影响。在溅射气压为2.4~3.2 Pa的范围内,可获得结晶程度好和硬度与弹性模量较高的碳化钒薄膜,其最高硬度和弹性模量分别为28,269 GPa。低的溅射气压(0.32~0.9 Pa)下,所得薄膜结晶较差且硬度较低;过高的溅射气压(>4.0 Pa),薄膜的溅射速率降低,结晶变差,其硬度和弹性模量亦随之降低。低气压下薄膜碳含量较高和高气压下溅射原子能量降低可能是薄膜结晶程度降低的主要原因。     

等离子喷涂参数对钽涂层组织及性能的影响

采用等离子喷涂法制备了钽金属涂层，用电子显微镜分析了不同工艺条件下钽涂层的化学成分、表面形貌，测试了涂层与基材的结合强度。结果表明，采用优化的等离子喷涂工艺参数，可以制取组织致密、厚度均匀的钽涂层；钽粉的颗粒尺寸对材料的熔化状态影响较大；在试验的喷距范围内，喷距对粉末的熔化状态和涂层结合强度均无明显影响。     

硬质涂层与齿轮钢的摩擦性能研究

采用阴极多弧离子镀在M42工具钢表面制备了Al66Cr34N和Ti₆₂Al34Si4N两种硬质涂层, 并在室温大气环境下采用球/盘式摩擦磨损仪研究它们同40Cr齿轮钢的摩擦磨损行为。采用表面接触角测试仪OCA40Micro、3D表面形貌仪、扫描电子显微镜、电子能谱分析了涂层磨痕, 探讨了两种涂层与齿轮钢对摩的磨损机理。结果表明:两种涂层与40Cr齿轮钢摩擦时, 失效的主要机理均为粘着磨损, 伴随着氧化磨损。在与40Cr对磨时, Ti₆₂Al34Si4N涂层与40Cr的亲和力强, 摩擦过程中接触面温度较高, 容易融合形成高结合力粘结节点;表现高的摩擦系数0.6~0.7, 和初始阶段高的磨损率 (最高7.5×10^-15m³/N·m)。Al66Cr34N涂层与40Cr的亲和力较弱, 摩擦系数0.45~0.6, 初始磨损率最低为2×10^-16m³/N·m。     

基底的晶向和氧化层厚度对坡莫合金薄膜的影响

利用磁控溅射的方法,在不同规格的硅片上制备相同的NiFe薄膜,主要研究不同晶向的硅片对薄膜磁阻率的影响,以及(100)晶向硅片不同氧化层厚度对薄膜的影响。通过测试磁阻率、方阻,再综合X射线衍射分析,得到以下结论:由于(111)晶向基底与NiFe主峰的晶向相同,对NiFe薄膜有诱导作用,因此溅射薄膜的晶粒大,内部缺陷少,内部质点排列规则,且NiFe(111)含量高,减弱了载流子与声子、载流子与缺陷的散射作用,降低了方阻,从而增大了磁阻率;在退火处理后,磁阻率出现明显增幅,且仍高于(100)晶向基片上NiFe薄膜的磁阻率。在(100)晶向基底上制备的NiFe薄膜,氧化层厚度对其薄膜质量影响不大。     

Al含量对CrAlN涂层微观结构和力学性能的影响

采用不同Al含量的AlCr合金靶,在高速钢(M2)上通过直流反应磁控溅射的方式沉积不同的CrAlN涂层;分别用EDS、XRD、纳米压痕仪、高速往复摩擦磨损试验机和台阶仪测量出涂层的化学成分、物相组成、力学性能、磨损性能和磨损量,研究了不同Al含量对CrAlN涂层微观结构和力学性能的影响。XRD分析表明涂层主要为NaCl结构,纳米压痕仪测得力学性能随Al含量的提升先提高后降低,在Al含量为60%时获得最高硬度和弹性模量分别为36.8 GPa和459.5 GPa和最佳的磨损性能。磨损机制为磨料磨损和微动磨损。     

薄膜厚度对TGZO透明导电薄膜光电性能的影响

利用直流磁控溅射法,在室温水冷玻璃衬底上成功制备出了可见光透过率高、电阻率低的钛镓共掺杂氧化锌(TG-ZO)透明导电薄膜。X射线衍射和扫描电子显微镜研究结果表明,TGZO薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c轴择优取向。研究了厚度对TGZO透明导电薄膜电学和光学性能的影响,结果表明厚度对薄膜的光电性能有重要影响。当薄膜厚度为628 nm时,薄膜具有最小电阻率2.01×10-4Ω.cm。所制备薄膜在波长为400~760 nm的可见光中平均透过率都超过了91%,TGZO薄膜可以用作薄膜太阳能电池和液晶显示器的透明电极。     

Si含量对VAlSiN涂层微结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响

采用反应磁控溅射技术,在300℃下制备不同Si含量的VAlSiN涂层。研究Si含量的变化对VAlSiN涂层相结构、生长形貌、化学状态、力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:不含Si的VAlN涂层呈现(111)择优取向生长。随着Si含量的增加,VAlSiN涂层的(111)择优取向逐渐消失,最终转变为非晶结构。Si含量大于1.8%(原子分数,下同)的VAlSiN涂层是由nc-VAlN和a-Si_3N_4组成的多相复合涂层。与VAlN涂层相比,添加少量Si(0.8%)的VAlSiN涂层晶粒尺寸减小,致密度得到提高,对应的涂层硬度也得到显著增大,达到30.1GPa。继续增加Si的含量,VAlSiN涂层的柱状生长结构被打断,硬度逐渐下降,最后稳定在22GPa左右。VAlSiN涂层的摩擦因数随着Si含量的增加先降低后升高。当Si含量为0.8%时涂层的磨损率最低,达1.2×10~(-16)m~3·N~(-1)·m~(-1)。     

衬底加热温度对WC-DLC涂层结构和摩擦磨损性能的影响

采用中频磁控溅射和电弧离子镀复合工艺,在316L不锈钢基体上制备WC掺杂的类金刚石涂层,通过相组织结构分析、硬度测试和摩擦磨损试验,研究了衬底加热温度分别为150℃、250℃、350℃和450℃时对类金刚石薄膜结构和摩擦磨损性能的影响。研究表明:DLC薄膜中的W元素相对含量随衬底温度升高略有增多,最大为3.45%,且掺杂物主要WC_1-x和W₂C两种晶体相存在,衬底温度升高,晶体结构由WC_1-x转变为W₂C;150℃时薄膜中sp³C键含量最多,纳米硬度值也最大为7.4GPa,衬底温度的升高使薄膜结构发生变化,力学性能也变差;干摩擦试验2 N载荷下,摩擦系数随温度的升高先降低后升高,350℃时,摩擦系数为0.2,而磨损率随加热温度逐渐增大,150℃时最小为3.45×10^-11m³/N·m,磨损方式为磨粒磨损。     

磁控溅射MoS2/WS2复合薄膜的工艺与摩擦学性能研究

采用MoS2/WS2复合靶材在不锈钢和硅基片上溅射MoS2/WS2纳米薄膜,通过多次实验,得到溅射MoS2/WS2薄膜的最佳工艺如下:溅射气压4.0Pa,靶基距为70mm,溅射功率为150W,溅射时间为3h.使用X-射线衍射仪,能谱仪,扫描电子显微镜对薄膜的成分和结构进行分析.采用HH-3000薄膜结合强度划痕试验仪,纳米压痕测试系统,UNT-3摩擦磨损试验机对薄膜进行机械性能和摩擦磨损性能分析,结果表明:在大气环境中,WS2/MoS2 复合薄膜摩擦性能要优于纯MoS2薄膜.     

Physical vapor deposition of copper over Lexan

Lexan is a polymer which is light-weight and extremely smooth, and is a candidate material for radio-frequency reflecting mirrors provided that they are coated with strongly adherent copper coatings. In the present investigation copper was sputtered from a dc magnetron source and deposited on Lexan surfaces. Various pretreatments were given to the Lexan surface, e.g., being exposed to pulsed dc or rf argon plasma. During deposition the Lexan surface was biased to various pulsed voltages ranging upto − 5 kV with various repetition rates and on times. All these parameters decide whether the copper coatings are strongly adherent to the Lexan surface. The results indicate that the coatings deposited over pretreated (etched) substrates showed better adhesion to the Lexan surface and the deposited coatings in general exhibit compressive stress. XRD studies revealed polycrystalline coatings with nano-sized grains and having a preferred (111) orientation.     

氧气流量比对脉冲磁控溅射Zr-B-O-N涂层性能的影响

利用“预氧化”机制提升Zr-B-N涂层的耐热能力,通过在Zr-B-N涂层中掺杂氧元素来提高其耐热和抗氧化能力。利用脉冲磁控溅射技术制备一系列具有不同O含量的Zr-B-O-N涂层,研究反应溅射时氧气流量对涂层微观结构和机械性能的影响。借助扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电镜(TEM)观察涂层的微观结构,X射线衍射技术(XRD)识别涂层的物相组成,采用纳米压痕技术测试涂层硬度,摩擦磨损试验机测试涂层摩擦系数。结果表明:工艺优化后的Zr-B-O-N涂层具有典型的纳米复合结构,即a-(BN,B₂O₃)/nc-(ZrO₂,Zr₃N₄);随着氧气流量比增加,涂层沉积速率由45.86降至22.2 nm/min;而硬度近似线性降至最低值10.37 GPa,当氧气流量比为10%时,硬度再次上升至较高值15.84 GPa,主要与涂层中非晶组织相增多及晶体结构的演变有关;摩擦系数与氧气流量比近似呈现反比例函数,最小值约为0.7。