非平衡磁控溅射制备Cr掺杂DLC复合薄膜的高温摩擦学性能

元素掺杂是提升DLC薄膜摩擦学性能和耐温性能的重要途径。采用直流磁控溅射技术在304不锈钢基体表面沉积了含氢DLC薄膜,同时利用射频磁控溅射技术完成Cr元素的掺杂,研究Cr元素掺杂对DLC薄膜的力学性能及摩擦学性能的影响。采用纳米压痕仪测试薄膜硬度并利用划痕试验测试膜基结合力,采用拉曼光谱分析薄膜sp²和sp³键含量的变化和转移膜的生成。采用UMT多功能摩擦磨损试验机评价薄膜在常温和高温环境下的摩擦磨损性能,并利用扫描电镜观察磨损表面,分析其磨损机制。结果表明,Cr元素掺杂会显著提高薄膜的膜基结合力,但会使薄膜硬度有一定的下降。常温摩擦学性能测试显示,DLC薄膜的摩擦因数随着Cr含量的增加呈现出先下降后上升的趋势,在Cr质量分数为3.34%时达到最低;但薄膜的磨损率随Cr含量的增加略有升高。高温摩擦学性能测试表明,Cr元素掺杂显著改善了DLC薄膜的高温摩擦学性能,未掺杂的DLC在150℃以上摩擦时会失效,Cr元素掺杂使薄膜在250℃下也能保持较低的摩擦因数和较长的抗磨寿命。Cr元素的加入能够提高DLC薄膜的膜基结合力,降低摩擦因数,并提高薄膜...     

类金刚石表面改性C/C复合材料的摩擦磨损性能

采用等离子体增强化学气相沉积法在C/C复合材料基底表面制备了不同厚度的类金刚石（DLC）表面改性膜;用球-盘对磨的方式测试了C/C复合材料基底和DLC膜在干态下的摩擦磨损性能。结果表明:制备的表面改性膜具有典型的DLC结构特征,均匀致密;随着沉积时间的延长,DLC膜厚度逐渐增大,膜基结合强度依次减小;C/C复合材料基底的平均摩擦因数为0.285 8,磨损率约为1.6×10^-4mm³·N^-1·m^-1,表面改性膜的摩擦因数较基底有较大程度的降低,在0.08～0.27之间,磨损率也降低了1～2个数量级,且沉积时间越长其摩擦因数越小、磨损率越低。     

类金刚石碳基薄膜在1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中的摩擦学性能

利用射频等离子体增强化学气相沉积技术,以甲烷为气源,在单晶硅(P(001))衬底上制备类金刚石碳基薄膜(DLC);利用高速往复摩擦磨损试验机分别测试DLC薄膜/Al2O3球摩擦副在大气环境下和1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液润滑下的摩擦磨损性能;利用光学显微镜,X射线光电子能谱和三维轮廓仪分别对磨痕、磨痕表面元素和磨损率进行考察。实验结果表明:DLC薄膜在离子液润滑时,在低载荷下减摩作用明显,但在较高载荷下摩擦因数较无离子液润滑时高,且不随载荷增加而变化,推测是离子液形成了边界润滑膜;XPS分析表明这层边界润滑膜可能是由离子液物理吸附在摩擦接触面上形成的,并且对DLC薄膜有很强的抗磨作用。     

高温下位移幅值对TC4合金磨损性能的影响

钛合金的微动磨损会加速裂纹的形成与扩展,导致其构件提前失效。利用摩擦磨损试验机考察TC4合金在300和500℃温度下的微动磨损行为,利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜对磨痕轮廓及磨痕表面进行分析,探讨在300和500℃温度下TC4合金在不同位移幅值作用下的微动磨损机制。实验结果表明：高温条件下,试样平均摩擦因数和磨损率随位移幅值的增加呈现先增大后减小的趋势;两种高温环境中,小位移幅值时,微动运行区域为部分滑移区,主要损伤机制为黏着磨损和氧化磨损;位移幅值为100μm时,微动运行区域为混合滑移区,主要磨损机制为氧化磨损、剥层磨损及塑性变形;大位移幅值时,微动运行区域为完全滑移区,主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。对比300和500℃条件下磨损结果,表明温度越高TC4合金耐磨性能越好,这主要是由于摩擦生成的氧化物TiO₂和Fe₂O₃对磨损表面具有保护作用。     

工艺条件对类金刚石薄膜在不同介质环境下摩擦学性能的影响研究

考察了基底负偏压对类金刚石薄膜(DLC)在无水和有水环境下摩擦性能的影响。利用电子回旋共振等离子体化学气相方法沉积制备DLC薄膜,利用激光拉曼(Raman)、原子力显微镜(AFM)和纳米硬度计表征了其结构特征,用UMT型多功能摩擦磨损实验机考察了其摩擦性能,并用光学显微镜分析了磨痕特征。结果表明:随着基底偏压的增加,表面粗糙度减小;在无水条件下,基底偏压较低的DLC薄膜摩擦因数较高,并存在一定的波动性,基底偏压较高时,摩擦因数较低。在有水条件下,基底偏压对摩擦因数影响不大。总体来说,加水后薄膜磨损较为严重。     

碳离子束注入辅助蒸发低温沉积DLC薄膜研究

采用碳离子束注入辅助蒸发技术低温沉积了DLC薄膜,对薄膜沉积的工艺参数进行了优化,并对该薄膜的摩擦学行为进行了探讨。研究发现:碳离子束注入辅助蒸发技术沉积的DLC薄膜在离子量为3.0×1017ions/cm2,沉积率为0.1nm/s时具有最小的摩擦因数(<0.1);电流为2.0mA比3.0mA条件下所沉积的DLC薄膜表面光滑;磨损试验后,DLC薄膜的表面只有轻微磨损的痕迹。     

不同介质下CrN_X薄膜的摩擦学特性研究

采用电弧离子镀技术在45#钢衬底表面沉积了CrNX薄膜.用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用X射线衍射仪分析了薄膜的相结构,用球-盘式摩擦磨损试验机评价了在不同介质条件下(干摩擦、水润滑、油润滑)CrNX薄膜的摩擦学性能,用表面轮廓仪测试了磨痕处的磨痕轮廓,用扫描电镜(SEM)观察了薄膜磨痕形貌.结果表明,相对于干摩擦,水润滑和油润滑条件下,CrNX薄膜的摩擦因数和磨痕深度都有明显降低的趋势.干摩擦条件下薄膜主要表现为磨粒磨损;水润滑条件下,主要表现为腐蚀磨损;油润滑条件下由于油膜在两摩擦表面的吸附,薄膜几乎无磨损.     

柴油机活塞环表面类金刚石薄膜在模拟工况下摩擦学性能

大缸径、长冲程的大功率柴油机的活塞环-缸套摩擦副易发生异常磨损,使柴油机动力性能丧失,甚至发生拉缸等重大事故,通过先进的表面处理技术可显著改善活塞环-缸套摩擦副的润滑条件,提高活塞环-缸套摩擦副的摩擦学性能。采用阴极电弧离子镀技术在铬-陶瓷复合镀(CKS)活塞环表面制备厚度为7 μm的DLC薄膜,研究CKS活塞环表面的DLC薄膜在柴油机模拟工况下的摩擦学性能。结果表明：在干摩擦、室温贫油和高温贫油的工况下,CKS活塞环表面的DLC薄膜可以显著减小活塞环-缸套摩擦副对摩的摩擦因数,降低缸套的磨损;摩擦过程中DLC薄膜与润滑油的协同润滑作用以及DLC薄膜的石墨化是改善活塞环-缸套摩擦副摩擦学性能的主要原因。     

纺织机钢丝圈表面类金刚石膜的制备及摩擦特性研究

为提高纺织机高速纺纱工况下钢丝圈表面的磨损性能,采用直流等离子气相沉积法在钢丝圈表面制备类金刚石涂层(DLC),采用原位扫描探针显微镜观测涂层表面形貌,测量并计算涂层硬度。结果发现,DLC涂层颗粒粒径约为100 nm,呈岛状聚集分布,硬度约为18 GPa。采用球-盘式摩擦试验机研究DLC涂层在不同载荷(20~100 N)和不同转速(100~600 r/min)条件下的摩擦特性。结果表明,在低载高速的条件下,DLC涂层具有良好的耐磨特性,符合钢丝圈的实际工况。采用傅里叶变换红外光谱分析涂层的磨损机制,结果发现,在摩擦磨损过程中从薄膜中释放出来的氢和涂层的剪切变形引起了DLC薄膜的石墨化SP^3/SP^2转变,从而降低了摩擦因数和磨损率。     

TiN、CrN的环境摩擦磨损对比研究

采用直流叠加脉冲偏压电弧离子镀技术在45钢表面沉积了TiN、CrN薄膜。用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用划痕仪测量了薄膜的膜基结合力,用球-盘式摩擦磨损试验机评价了不同介质条件下（干摩擦、水润滑、油润滑）TiN、CrN薄膜的摩擦学特性,用表面轮廓仪测试了薄膜磨痕处的磨损轮廓,用扫描电镜（SEM）观察了薄膜磨痕形貌。结果表明,相对于干摩擦条件下,在水润滑和油润滑条件下TiN和CrN薄膜的摩擦因数和磨痕深度都有所降低。在相同的介质条件下,CrN薄膜的摩擦因数和磨痕深度始终小于TiN薄膜。     

空心阴极放电制备金刚石薄膜及其性能研究

以石墨为电极，Ar气为辅助气体，利用空心阴极等离子体放电在载玻片上成功地制备了无氢类金刚石（DLC，diamond-likecarbon）薄膜。通过激光拉曼（Raman）光谱分析了所制备DLC薄膜的结构；利用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）分析了薄膜的表面形貌；通过表面轮廓仪测量了薄膜的沉积速率；另外，试验中还利用摩擦磨损仪对薄膜的机械性能进行了研究。试验结果表明，制备的DLC薄膜比较致密均匀，粗糙度为8．1nm，有较好的耐磨性能。     

TC4合金微动磨损过渡区摩擦行为

为研究TC4合金微动磨损过渡区摩擦行为特点,采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机,对球/平面接触的GCr15钢球/合金TC4摩擦副在100 N法向载荷下进行微动磨损试验,得到TC4合金微动磨损过渡区的范围,分析不同状态下摩擦因数演变及磨痕表面形貌特点,研究磨损机制的变化。结果表明:微动状态下,摩擦因数在磨合阶段波动剧烈,达到稳定磨损阶段后趋于稳定,且稳定状态下的摩擦因数随着位移幅值的增加而增加;往复滑动状态下,不同位移幅值下的摩擦因数曲线近乎重合且波动剧烈;微动磨损过渡区的摩擦因数变化处于2种状态的转变阶段。微动状态下,磨痕表面轮廓线粗糙,损伤轻微,磨损机制以黏着磨损和疲劳剥层为主;往复滑动状态下,轮廓线更光滑且损伤严重,磨损机制以磨粒磨损及塑性变形为主;微动磨损过渡区轮廓线由粗糙变为光滑,磨损深度及宽度突增,磨损机制由黏着磨损转变为磨粒磨损。     

乏油环境下氧化铝填充氟橡胶的高温摩擦性能研究

为了探究高温乏油环境下氟橡胶（FKM）摩擦性能的变化规律并改善其摩擦性能，在FKM中加入氧化铝（Al₂O₃）,通过机械共混法制备得到FKM/Al₂O₃复合材料，在常温和200℃高温乏油环境下对比分析FKM/Al₂O₃复合材料与FKM材料在不同载荷下的摩擦学性能。结果表明：高载荷和高温使得FKM的摩擦因数、粗糙度和磨痕深度增大，因而乏油环境下FKM的摩擦性能大幅下降；Al₂O₃粒子的加入提高了FKM在常温和高温下的基体硬度，使得FKM/Al₂O₃复合材料在相同条件下相比FKM的摩擦因数、粗糙度和磨痕深度均有减小；Al₂O₃作为补强材料提高了FKM基体在高温乏油环境下的摩擦性能，复合材料表面分层剥离现象明显减少。复合材料表面元素分析结果表明，Al₂O₃粒子在FKM表面形成了固体润滑膜，改...     

海水环境下2507超级双相不锈钢微动磨损性能研究

采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机研究在干摩擦和水溶液介质中微动振幅对2507超级双相不锈钢微动磨损行为的影响,利用三维轮廓仪和扫描电子显微镜分别对试样的磨痕深度、磨损体积和磨痕表面微观形貌进行表征分析。结果表明:在干摩擦下,随振幅增加微动运行区域发生了由部分滑移区向滑移区的转变,摩擦因数随振幅的增加先增大后趋于稳定,磨痕深度和磨损体积随振幅的增加而增大,磨损机制由局部氧化磨损、局部疲劳磨损转变为氧化磨损、黏着磨损和剥落磨损;水溶液中,海水中摩擦因数随振幅的波动较去离子水中的大,且海水中由于存在腐蚀与磨损交互作用,磨痕深度和磨损体积也都比去离子水中的略大,磨损机制主要是轻微氧化磨损、磨粒磨损伴随疲劳磨损。     

浸渍石墨材料在不同法向载荷下的磨损性能研究

研究不同摩擦体系下法向载荷对浸渍石墨的摩擦磨损特性的影响,采用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜分别表征摩擦表面磨痕形貌、磨痕轮廓,对浸渍石墨与对偶球（GCr15钢球和Si3N4陶瓷球）的摩擦磨损情况与机制进行评估分析。结果表明：磨损痕迹随着施加载荷的增加而加深加宽,磨损率与法向载荷呈负相关,而摩擦因数、磨损体积则与法向载荷呈正相关;小载荷作用下石墨的磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损,大载荷下则主要表现为黏着磨损、氧化磨损以及疲劳磨损;GCr15/石墨摩擦副相比于Si3N4/石墨摩擦副磨损率较低,在摩擦过程中形成完整、连续性更好的“第三体”转移膜减轻了磨损,对石墨基体起到保护作用。     

碳靶电流对磁控溅射GLC/Ti薄膜结构及摩擦学性能的影响*

为改善掺杂Ti的GLC/Ti薄膜的摩擦学性能,采用非平衡磁控溅射技术在不同C靶电流下制备了类石墨碳基薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)对薄膜结构进行表征;采用纳米压痕仪测量薄膜的硬度及弹性模量;利用HSR-2M型高速往复试验机测试薄膜在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,并用白光干涉仪观察磨痕表面形貌。结果表明:随着C靶电流的增大,薄膜的柱状生长趋势日趋明显,其致密性降低,sp~2键含量减小,石墨化程度和结合力降低,而硬度和弹性模量略增;随着C靶电流的增大,摩擦因数和磨损率均增大。因此,适当降低C靶电流可以提高磁控溅射GLC/Ti薄膜干摩擦条件下的减摩耐磨性能。     

电参数对CrN薄膜在去离子水环境下摩擦磨损性能的影响

采用多弧离子镀方法,在不同偏压和靶电流下在GH05合金试样表面制备系列CrN薄膜,利用扫描电子电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、多功能材料表面试验仪对薄膜的微观组织结构和力学性能进行测试分析。利用盐雾磨损试验机的球-盘摩擦方式研究各CrN薄膜在去离子水环境下与Si₃N₄球对磨的摩擦学性能。结果表明:随着偏压增大,CrN薄膜表面微颗粒大小逐渐减小,硬度增大,结合力先增大后减小,随着靶电流增大,CrN薄膜表面凹坑逐渐减小,硬度减小,结合力先增大后减小;随着偏压增大,CrN薄膜的平均摩擦因数先增大后减小,磨损体积先减小后增大,随着靶电流增大,CrN薄膜的平均摩擦因数先减小后增大,磨损体积先减小后增大,当偏压为-80 V,靶电流为100 A时制备的CrN薄膜在去离子水环境下具有最佳的摩擦学性能;CrN薄膜在去离子水环境下的磨痕形貌主要呈现磨粒磨损的沟槽形貌,同时表现出抛光效果。     

不同介质下ER8车轮钢滑动摩擦磨损性能

为探讨车轮在不同环境下服役时摩擦因数的变化机制，通过滑动摩擦试验机考察不同载荷下，ER8车轮钢分别在干燥空气、纯水、3.5%氯化钠溶液3种环境下的摩擦磨损性能。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、非接触三维表面轮廓仪、X射线衍射仪对磨痕及元素组成进行了分析，探讨不同环境下ER8车轮钢的摩擦磨损机制。结果表明：随着载荷的增大，ER8车轮钢的摩擦因数明显增大；列车的服役环境对车轮的摩擦磨损性能有较大影响，在干燥空气环境下，ER8车轮钢无腐蚀状况，磨痕宽度最小，但摩擦因数最大，可达0.503;在盐水环境下，ER8车轮钢出现腐蚀现象，磨痕宽度最大，但摩擦因数最小；干摩擦下ER8车轮钢的磨损机制为黏着磨损、磨粒磨损和氧化磨损，纯水摩擦和3.5%NaCl溶液环境下的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。     

线接触条件下微动摩擦特性的研究

通过试验研究了线接触微动摩擦特性。研究表明：线接触微动摩擦因数变化与点接触形式相同；位移幅值在部分滑移区时，表面粗糙度对表面磨损有影响。磨痕分析表明，承载区域接触不均匀，存在虚接触区域，其大小与表面粗糙度有关，而接触区域没有不磨损的粘着区，不同于点接触形式。     

碳离子注入对硅片微动磨损性能的影响

对单晶硅片〈111〉进行了注入剂量为2×10~(16) ions·cm~(-2)、注入能量分别为60 keV和80 keV的碳离子注入,采用X射线衍射仪研究了碳离子注入前后硅片晶体结构的变化,采用UMT-2型微动摩擦试验机进行了微动摩擦磨损试验,采用超高精度三维形貌仪测量了硅片的磨痕深度,采用S-3000N型扫描电子显微镜分析了硅片的磨损形貌及磨损机理。结果表明:碳离子注入改变了硅片的晶体结构,使晶体无序化;硅片的摩擦因数和磨痕深度均随着载荷、微动振幅的增加而增大;碳离子注入后硅片的减摩效果和抗磨性能得到明显改善,当载荷达到一定值后,随着时间的延长,碳离子注入层逐渐被磨破,摩擦因数迅速增大;注入能量为60 keV硅片的减摩抗磨性能较好;碳离子注入前后硅片的磨痕均呈椭圆形,注入后磨痕面积小且表面损伤程度较轻,磨损机制以磨粒磨损为主。