类金刚石碳薄膜的高温摩擦学研究进展

现代工业的迅猛发展迫使愈来愈多的机械零部件需要在高温下运转,因此高温润滑材料的匹配发展至关重要。在摩擦表面沉积固体润滑薄膜是降低高温下机械装备的摩擦与磨损,提高其使用寿命和可靠性的有效手段。近年来,类金刚石碳(Diamond-like carbon,DLC)薄膜的高温摩擦学得到了广泛研究,并取得了一些重要的进展。大量研究表明,通过适当的元素掺杂可以显著提高DLC薄膜的高温摩擦学性能。首先分别综述了纯碳DLC薄膜、含氢DLC薄膜、Si掺杂DLC薄膜、金属元素掺杂DLC薄膜、元素共掺杂DLC薄膜的高温摩擦学研究进展。通过总结文献中的数据,绘制了各种DLC薄膜的摩擦系数随温度的变化曲线,进而确定了各种薄膜的有效润滑温域。在此基础上,提出了几种有望实现宽温域连续润滑的DLC薄膜新体系,并分析了DLC薄膜的高温润滑失效机理,强调了分子/原子的热扩散和薄膜的热应力在DLC薄膜高温润滑失效中的作用。最后,从提高DLC薄膜自身的高温摩擦学性能和提高DLC薄膜与基材的高温结合性能两个方面,对今后亟待开展的研究工作进行了展望。     

常用碳基固体润滑薄膜的研究现状与展望

首先从碳基固体润滑薄膜的应用需求与成本效益出发,探讨了研究碳基固体润滑薄膜的迫切要求和重要意义,然后对类金刚石(DLC)薄膜、类富勒烯(FLC)薄膜及石墨烯薄膜三类最常用的碳基固体润滑薄膜的研究现状进行了较详细的介绍。其中,重点介绍了DLC薄膜的三种减摩抗磨机理,探讨了掺杂元素改性对DLC薄膜硬度、摩擦系数和磨损率等多个方面的影响,并指出外部因素(基体材料、过渡层和应用环境等)对DLC薄膜性能的重要作用。探讨了掺氢、掺氟和掺氮对FLC薄膜构性转变和摩擦学性能的影响。总体来说,氟掺杂导致FLC结构变化,并显著改变薄膜硬度;掺氮会诱导类富勒烯微结构的增加;掺氢FLC薄膜热处理后可达到超润滑状态。总结了石墨烯薄膜制备工艺的发展、石墨烯基复合薄膜的摩擦学性能和石墨烯薄膜在不同基体材料的应用。最后,指出了碳基润滑薄膜领域亟待解决的关键难题,并对未来的研究方向做出了预测。     

复合镀渗MoS2薄膜及其组织性能分析

采用多弧离子镀及低温离子渗硫相结合的复合镀渗工艺,在45钢基体上制备了二硫化钼固体润滑薄膜。用AFM、SEM观察了薄膜表面及截面形貌．用XRD及XPS分析了薄膜相结构及表面化合价态,摩擦试验结果导,示该薄膜具有优异的摩擦学性能,复合镀渗工艺为原位合成二硫化钼固体润滑薄膜提供了一种新方法。     

水性环氧粘结固体润滑涂层的摩擦学性能研究

水性环氧粘结固体润滑剂,以水作为分散介质,具有价格低廉、无毒、不燃等优点,并且不含VOC,是一类有很好的发展前景的环保型润滑剂。制备了一种环保型的含MoS2、石墨和Sb2O3的性能优良的水性环氧粘结固体润滑剂,其具有优异的理化性能和摩擦学性能,尤其是在微动磨损的条件下,其摩擦学性能优于有机溶剂型粘结固体润滑涂层对比样品。环保的摩擦学性能优异的水性环氧粘结固体润滑剂的制备,为环保型润滑剂的发展提供了很好的依据。     

图形化固体薄膜技术及其摩擦学性能的研究进展

固体薄膜技术可以用于显著提高材料的摩擦学性能,表面图形化技术则通过在部件表面制备预先设计的图形来改善摩擦副的接触和润滑行为。近年来,人们尝试将表面图形化技术和固体薄膜技术相结合,出现了一类称之为图形化薄膜的技术。研究表明:在很多情况下,与单纯的完整薄膜或图形化表面相比,图形化薄膜能够同时发挥薄膜的强化作用和图形化改变摩擦界面行为的作用,在改善和提高摩擦学性能方面具有综合优势。文中总结了图形化薄膜技术方面的研究工作;介绍了图形化薄膜的制备技术、分类、摩擦学性能以及应用;分析讨论了图形化薄膜的作用机理;并展望了图形化薄膜的发展前景。     

表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展

为提高摩擦副之间的摩擦学性能,润滑油添加剂、低摩擦表面以及表面微织构等作为改善表面摩擦学性能的手段已得到国内外研究工作者的广泛关注并取得了一定的成果,而表面微织构复合固体润滑材料技术作为一种集成了已有各种减摩手段优点的复合技术开始被研究。 文中综述了表面微织构与固体润滑材料复合的物理和化学方法;评述了表面微织构几何形状、参数和固体润滑材料种类对复合表面摩擦学性能的影响;分析了表面微织构复合固体润滑材料的减摩机制;最后指出了该复合技术目前尚待解决的问题,并对该技术下一步的发展方向和实际应用进行了展望。     

功能化石墨烯及石墨烯基纳米复合材料润滑添加剂的研究进展

在现代工业中,使用润滑材料降低摩擦磨损已成为提高机械元件耐久性和提高机械效率的重要手段.其中,润滑添加剂已被广泛证明能够进一步改善润滑介质的润滑性能,因此研究润滑添加剂的摩擦学表现是必要的.纳米材料作为润滑添加剂,能有效提高基础润滑介质的减摩、抗磨和极压性能,改善机械系统摩擦学性能,对节能减排和环保具有重要意义.石墨烯由于其独特的二维层状结构和优异的热力学、力学等性能,可作为润滑材料,已在摩擦学领域受到了广泛关注.近年来,大量石墨烯及其纳米复合材料作为润滑添加剂被研究和制备.在大量文献的基础上,详细综述了石墨烯及其衍生物、共价键及非共价键有机功能化石墨烯、石墨烯基纳米复合材料以及石墨烯复合其他二维层状纳米材料作为润滑添加剂的研究成果,分析了影响石墨烯分散稳定性与摩擦磨损性能的因素,着重讨论了不同功能化石墨烯及石墨烯基纳米复合材料作为润滑添加剂的减摩抗磨机理.最后,探讨了当前石墨烯及其纳米复合材料作为高性能润滑添加剂仍需要注意的问题和不足,并展望了其未来的研究趋势.     

硫化物喷涂层的微观组织与减摩性能

利用球磨方法得到用于喷涂的、粒度约40μm的硫化亚铁（FeS）微颗粒，再用超音速火焰喷涂的方法在45钢表面制备了固体润滑硫化亚铁涂层。利用原子力显微镜（AFM）、扫描电镜（SEM）和光学显微镜观察分析了硫化亚铁喷涂层的表面、截面与磨面形貌。利用MM-200摩擦磨损试验机考察了硫化亚铁喷涂层在干摩擦条件下的摩擦学性能。结果表明，固体润滑硫化亚铁喷涂层具有优异的减摩、耐磨性能。     

纳米复合薄膜水润滑摩擦学性能的研究进展

评述了类金刚石基(DLC、a-C)、非晶氮化碳基(a-CNx)、过渡金属氮化物基(TiN、CrN)及其改性纳米复合薄膜的水润滑摩擦学性能,分析了微观结构、梯度结构、元素掺杂、对磨材料及摩擦参数对其水润滑摩擦磨损性能的影响,并揭示了水润滑中纳米复合薄膜存在的摩擦磨损机制,指出了三种纳米复合薄膜体系在水润滑中均可表现出优异的减摩抗磨特性,但与薄膜成分、层状结构、力学性能及对磨材料物理化学性能密切相关。一般而言,相比于过渡金属氮化物基薄膜,类金刚石基及非晶氮化碳基薄膜由于在水润滑中形成转移层和水合润滑层而呈现出更低的摩擦系数和磨损率。当选用的对磨材料易于发生摩擦水合反应时,形成的水合层起到的保护作用使得纳米复合薄膜均表现出了更低的磨损率。在保证薄膜未发生剥落而失效时,适当地加载载荷和滑移速度也是获得最优水润滑摩擦学性能的关键因素。为薄膜应用在水润滑器械作业提供了一定的参考,并展望了纳米复合薄膜水润滑摩擦学未来的研究方向。     

纳米材料固体润滑干膜摩擦学性能研究

通过对纳米材料的筛选、预处理、并与普通固体润滑剂充分研磨、搅拌等一系列工艺措施,开发出纳米材料固体润滑干膜。进行了纳米材料固体润滑干膜的摩擦磨损实验,表明纳米Ａｌ２Ｏ３可以大幅度提高体润滑干膜的耐磨性,延长了固体润滑干膜的使用寿命,拓宽了固体润滑材料的应用范围,为纳米材料固体润滑干膜的广泛应用提供了有力依据。     

Microstructures and Properties of Nanostructured TiN/MoS<Subscript>2</Subscript>/Ag Composite Film Prepared by Pulsed Laser Deposition

In this work, the structural and mechanical properties, tribological performance, and lubrication mechanism from room temperature to 900 °C of TiN/MoS₂/Ag composite films were investigated in detail. Nanostructured TiN/MoS₂/Ag composite film was obtained by assembling targets using pulsed laser deposition. The incorporation of lubricant layered MoS₂ and soft metal Ag led to degraded mechanical properties, which could contribute to the lower friction coefficients at low temperatures. When the temperature increased to above 500 °C, the generated high-temperature lubricant MoO₃ and silver molybdates played a critical synergetic lubrication effect, which formed a layer of lubricating film and reduced the friction coefficient. Thus, the cooperation of various lubrication phases contributed to improvement of tribological performance and resulted in continuous lubrication from room temperature to 900 °C.     

预沉积ZnO薄膜对ZnO−MoS2/ZnO复合涂层结构与性能影响

目的 通过优化原子层沉积工艺获取不同厚度ZnO薄膜,研究ZnO薄膜晶体取向对ZnO?MoS2涂层生长结构的影响,获得具有优异摩擦学性能的ZnO?MoS2/ZnO复合涂层。方法 采用原子层沉积法在不锈钢基体上预沉积不同厚度的ZnO薄膜,再用射频磁控溅射技术继续沉积ZnO?MoS2涂层,制备ZnO?MoS2/ZnO固体润滑复合涂层。结果 X射线衍射分析发现,预沉积ZnO薄膜有诱导后续ZnO?MoS2涂层沉积生长的作用,预沉积100 nm厚ZnO薄膜的ZnO?MoS2/ZnO复合涂层显示出宽化的MoS2 (002)馒头峰,其截面形貌显示为致密的体型结构,获得的摩擦因数最低(0.08),纳米硬度最高(2.33 GPa),硬度/模量比显示该复合涂层的耐磨损性能得到提升;X射线光电子能谱分析结果表明,复合涂层表面游离S与空气中水发生反应程度大约为原子数分数5%,显示复合涂层耐湿性能较好;基于原子层沉积ZnO薄膜生长及其对后续ZnO?MoS2涂层生长的影响分析,提出了ZnO?MoS2/ZnO复合涂层磨损模型,阐明了ZnO薄膜对复合涂层结构及摩擦学性能的影响,并以该模型解释了200 nm厚 ZnO薄膜上沉积ZnO?MoS2涂层出现的摩擦因数由高到低的变化趋势及最终磨损失效现象。结论 合适的原子层沉积制备的ZnO薄膜有利于MoS2 (002)取向生长,可有效提升ZnO?MoS2/ZnO复合涂层的摩擦学性能;控制ZnO薄膜厚度,可实现ZnO薄膜与基底及ZnO?MoS2层间界面之间的优化结合,以制得具有较好摩擦学性能及使用寿命的ZnO?MoS2/ZnO复合涂层。     

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...     

15-5PH不锈钢表面类石墨碳基多层膜结构设计及摩擦学行为

针对马氏体沉淀硬化不锈钢15-5PH(0Cr15Ni5Cu4Nb)在海水环境中易腐蚀磨损的问题,采用直流磁控溅射的方法在15-5PH钢样片上制备调制周期分别为940、375和234nm的掺杂Cr的类石墨碳基多层膜（分别标记为Cr/GLC-S1、Cr/GLC-S2和Cr/GLC-S3）,采用扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱仪（Raman）、MFT-5000多功能摩擦磨损试验机等仪器设备系统考察三种类石墨碳基多层薄膜的结构及摩擦学性能。研究结果表明：不同调制周期的类石墨多层膜表面均呈现“菜花状”形貌,随着调制周期的减小,“菜花状”颗粒逐渐减小,膜层变得致密;sp2键含量逐渐增大,石墨化程度加剧,机械性能更加优异。在干摩擦条件下,调制周期适中的Cr/GLC-S2薄膜具有良好的减摩耐磨性能,磨损形式以磨粒磨损为主,而调制周期较大的Cr/GLC-S1和调制周期较小的Cr/GLC-S3薄膜,在高载荷下均发生不同程度的脆性剥落,导致其摩擦学性能劣化。在人工海水环境中,Cr/GLC-S1和Cr/GLC-S2薄膜在中低载荷下的摩擦学性能较好,磨损形式仍以磨粒磨损为主,在高载荷下三种多层膜均发生不同程度...     

自配副铜的离子液体-化学镀银膜复合润滑

目的考察高接触应力下自配副铜在离子液体-银膜(化学镀银膜和电镀银膜)复合润滑下的摩擦学性能,比较化学镀银膜与电镀银膜的差别。方法在T2铜表面分别制备了化学镀银膜和电镀银膜,采用栓盘接触式往复滑动摩擦磨损试验机,在平均赫兹接触应力为0.77 GPa和滑动速率为0.76 mm/s的条件下,评价了两种银膜(盘)与铜(栓)在离子液体LP108润滑下的摩擦学性能。结果在无润滑条件下,自配副铜出现高摩擦系数(2.5)、严重粘着磨损。相同条件下,在含磷氟的LP108润滑下,自配副铜发生中等程度的粘着磨损。银膜和离子液体复合润滑可有效改善自配副铜的摩擦学性能,电镀银膜的稳态摩擦系数为0.5左右,而化学镀银膜抗粘着性能更佳,其摩擦系数为0.3左右。结论离子液体-银膜复合润滑有效降低了自配副铜在高接触应力下的粘着,从而改善了摩擦学性能。在离子液体润滑下,化学镀银膜在摩擦界面形成数十纳米厚的转移膜(栓)和摩擦层(盘),从而有良好的抗粘着性能。     

DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望

类金刚石（DLC）薄膜是一种良好的固体润滑剂,能够有效延长机械零件、工具的使用寿命。DLC基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点,薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合,能从多个角度（如高温、硬度、润滑）进行设计来提升薄膜力学性能、摩擦学性能以及耐腐蚀性能等。综述了DLC多层薄膜的设计目的与研究进展,以金属/DLC基纳米多层膜、金属氮化物/DLC基纳米多层膜、金属硫化物/DLC基纳米多层膜以及其他DLC基纳米多层膜为主,对早期研究成果及现在的研究方向进行了概述。介绍了以上几种DLC基纳米多层膜的现有设计思路（形成纳米晶/非晶复合结构、软/硬交替沉积,诱导转移膜形成,实现非公度接触）。随后对摩擦机理进行了分析总结：1）层与层间形成特殊过渡层,提高了结合力;2）软/硬的多层交替设计,可以抵抗应力松弛和裂纹偏转;3）高接触应力和催化作用下诱导DLC中的sp3向sp2转化,形成高度有序的转移膜,从而实现非公度接触。最后对DLC基纳米多层膜的未来发展进行了展望。