纳米金刚石薄膜涂覆钛合金的摩擦学性能

医用钛合金(Ti6Al4V)具有低密度、高强度、耐腐蚀等优点而应用广泛,但是其耐磨性差.采用微波等离子体化学气相沉积法在医用钛合金上沉积金刚石薄膜,经喇曼光谱检测为纳米金刚石结构,原子力显微镜测试其晶粒尺寸为40 nm左右,表面粗糙度Ra=39 nm(视场10×10μm).在SiC球为摩擦副的干摩擦实验中,在2 N载荷下,摩擦因数在0.25左右,并且没有出现任何薄膜破裂或剥落现象.实验结果表明,钛合金表面沉积纳米金刚石薄膜后明显提高了耐磨性,薄膜的表面粗糙度和形貌是影响其摩擦学性能的关键因素.     

高功率脉冲磁控溅射管内壁沉积Cr薄膜结构及性能

由于管腔空间限制,物理气相沉积领域中管内壁沉积薄膜的均匀性和质量有待研究和改善。采用高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)在直径40 mm、长度120 mm的20#碳钢管内表面进行Cr薄膜沉积,并探究管内不同位置沉积Cr薄膜的结构和力学性能。采用SEM分析薄膜的截面形貌和厚度变化,采用AFM分析薄膜的表面形貌和表面粗糙度变化,采用XRD分析薄膜的晶相结构和晶粒尺寸,采用球-盘式旋转摩擦磨损试验机对薄膜的耐摩擦磨损性能进行测试。结果表明,随着管内深度的增加,距管口距离为15 mm(位置1)、45 mm(位置2)、75 mm(位置3)和105 mm(位置4)位置的膜层厚度分别为1 690 nm、827 nm、210 nm和0 nm。从位置1到位置3,所沉积的Cr薄膜表面粗糙度由12.6 nm下降到4.8 nm,晶粒尺寸由15 nm增加到38 nm,摩擦因数由0.68上升到0.89。     

钛合金表面大气压等离子体枪制备类金刚石薄膜

在大气下,采用大气压介质阻挡放电(DBD)等离子体枪在低温下(350℃),以甲烷为单体,氩气为工作气体,在Ti6Al4V钛合金表面制备一层类金刚石薄膜(DLC),以期改善钛合金表面摩擦学性能。利用激光拉曼(Raman)光谱和X射线光电子能谱(XPS)分析了所制备DLC薄膜的结构;利用扫描电子显微镜(SEM)观察DLC薄膜的表面形貌;利用划痕仪测量了DLC薄膜与基体的结合力;利用球-盘摩擦磨损实验仪对DLC薄膜的耐磨性能进行了研究。结果表明:在本实验工艺条件下沉积的类金刚石薄膜厚度约为1.0μm,薄膜均匀且致密,表面粗糙度Ra为13.23nm。类金刚石薄膜与基体结合力的临界载荷达到31.0N。DLC薄膜具有优良的减摩性,Ti6Al4V表面沉积DLC薄膜后摩擦系数为0.15,较Ti6Al4V基体的摩擦系数0.50明显减小,耐磨性能得到提高。     

纳米/微米金刚石薄膜对钛合金摩擦性能和耐腐蚀性能的影响

金刚石薄膜可以加强牙科用钛合金(TC4)基台止动螺钉稳定性,延长其使用寿命。通过热丝辅助化学气相沉积(HFCVD)在TC4上沉积微米晶金刚石(MCD)和纳米金刚石(NCD)薄膜,分别采用SEM、AFM和Raman光谱对金刚石薄膜的形貌和质量进行表征,采用划痕实验检测了薄膜的结合强度。结果表明:沉积得到的NCD和MCD薄膜连续致密,表面粗糙度小,结合良好;金刚石薄膜有效地降低了TC4表面的摩擦因数和磨损率,NCD的摩擦因数约为0.09~0.15,MCD的约为0.18~0.22,其中在人工唾液环境下表现出更低的摩擦因数;金刚石薄膜人工唾液环境中能有效地提升材料的耐腐蚀性能,TC4表面沉积所得NCD薄膜的各项性能指标均优于MCD薄膜的。     

硬质薄膜与自润滑织物衬垫对磨的摩擦磨损性能研究

目的 提高钛合金与自润滑织物衬垫对磨的耐磨性.方法 采用多弧离子镀在TC4钛合金表面制备TiN和CrAlN硬质薄膜,利用扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪、销-盘摩擦磨损试验机、白光干涉扫描轮廓仪测试分析薄膜的形貌、结构、硬度、弹性模量、摩擦磨损性能和磨痕形貌.结果 在相同的测试条件下,TC4钛合金与自润滑织物衬垫对磨时,能更快地进入稳定摩擦阶段,且平均摩擦系数最低,仅为0.12;TiN薄膜进入稳定摩擦阶段所用时间和摩擦系数较TC4钛合金稍有增加;而CrAlN薄膜进入稳定摩擦阶段的用时最长且平均摩擦系数最大.测量摩擦磨损后自润滑织物衬垫磨痕的二维轮廓发现,当与CrAlN薄膜对磨时,自润滑织物衬垫的磨痕深度最大,但磨损率最低,这主要是软质织物衬垫的不均匀磨损引起的.进一步分析发现,所有的试验销表面均形成了转移膜,但CrAlN薄膜表面形成的转移膜最薄,从而导致其摩擦系数最大,磨损率最低.深入分析自润滑织物衬垫磨痕形貌发现,与TC4钛合金对磨的自润滑织物衬垫的磨痕表现为磨粒磨损和纤维束的破损;与TiN薄膜对磨的自润滑织物衬垫的磨痕表现为区域损失和表面不规则的凹痕;与CrAlN薄膜对磨的自润滑织物衬垫的磨痕中纤维束破损严重.结论 与自润滑织物衬垫对磨后,钛合金以及硬质薄膜表面均形成转移膜,CrAlN薄膜表面转移膜最薄,与之对磨的自润滑织物衬垫的磨损率最低.     

DLC薄膜对TC4钛合金微动磨损行为的影响

目的 为提高TC4钛合金的抗微动磨损性能,对比研究类金刚石薄膜(DLC)和TC4钛合金在干摩擦条件下的微动磨损行为,揭示DLC薄膜抗微动磨损的机理.方法 在TC4钛合金基体上利用非平衡磁控溅射技术制备DLC薄膜.利用原子力显微镜、拉曼光谱和纳米压痕仪分析薄膜的表面形貌、物相组成以及纳米硬度.利用球/平面接触形式SRV-...     

调制周期对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和摩擦性能的影响

采用电弧离子镀方法制备了TiN/TiAlN多层薄膜,研究了调制周期对薄膜多层结构和摩擦磨损性能的影响。结果表明:在相同的沉积时间内,随调制周期的增加,多层薄膜的层数减少,每一层的厚度增加,层与层之间的区分更加清晰。摩擦磨损测试结果表明:由于多层薄膜的调制结构,引起薄膜对磨层的变化,当多层薄膜的调制周期为54 nm时,多层薄膜的摩擦系数最小;当调制周期为112 nm时,多层薄膜的摩擦系数最高;当调制周期为164 nm时,多层薄膜的磨痕宽度最小。在摩擦磨损过程中,GCr15钢球的磨损面一直处于快速磨损阶段,对磨痕能谱线扫描结果发现磨屑的主要成分是Fe和FeOx。     

20CrNiMo钢表面空心阴极辉光放电制备类金刚石膜

在真空炉内以石墨为电极,利用空心阴极辉光放电在20CrNiMo上成功地沉积了类金刚石(Diamond-like carbon,DLC)薄膜.利用激光拉曼(Baman)光谱分析了所制备DLC薄膜的结构;利用原子力显微镜(AFM)分析了DLC薄膜的表面形貌;利用划痕仪测量了DLC薄膜与基体的结合力并用扫描电子显微镜(SEM)观察了划痕形貌;利用球-盘摩擦磨损实验仪对DLC薄膜的耐磨性能进行了研究.结果表明:在本实验工艺条件下沉积的类金刚石薄膜厚度约为0.6μm,薄膜均匀且致密,表面粗糙度Ra为7～8 nm.类金刚石薄膜与基体结合较紧密,临界载荷达到52 N.DLC薄膜具有优良的减摩性,20CrNiMo表面沉积DLC薄膜后摩擦系数为0.15,较20CrNiMo基体的摩擦系数0.50明显减小,耐磨性能得到提高.     

磁过滤直流真空阴极弧制备类金刚石膜的结构及其性能

采用磁过滤直流真空阴极弧沉积技术在单晶硅片、载玻片、不锈钢片基体上制备了类金刚石(DLC)膜.用光学显微镜、椭偏仪、Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射能谱(XRD)、纳米硬度计、摩擦磨损仪、洛氏硬度计检测了薄膜的组分、结构、光学、力学等相关特性.结果表明,膜中均存在着微米级的大颗粒分布.硅片上的薄膜厚度均为37 nm左右,75 V、100 V偏压下制得的薄膜具有最高的sp3键含量,薄膜具有典型的DLC膜Raman光谱特征.玻片上的DLC膜具有良好的红外透射性能.不锈钢片上的薄膜为非晶碳结构,硬度受膜厚的影响显著,在空气中的摩擦因数均约为0.1左右,耐磨性能优良,随着膜厚的增加,膜与基体的结合性能变差.采用Cr/Cr-DLC膜(含铬DLC膜)作为不锈钢的梯度过渡层时可以极大地提高膜基间的结合性能.     

不同工作环境下CrN涂层的摩擦磨损性能

为探索研究CrN硬质涂层材料在复杂工况条件下的使用特性,采用多弧离子镀技术在304不锈钢基板表面沉积CrN薄膜,并分析了其在不同工作环境下的摩擦磨损性能。采用X射线衍射仪(XRD)分析了薄膜的相结构,采用冷场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察了薄膜的微观形貌,并用其能谱分析(EDS)功能分析了磨痕磨粒的化学成份,采用纳米压痕仪和纳米划痕仪测试了薄膜的机械性能。摩擦试验研究结果表明,在干摩擦环境中,随氧分压增高,CrN薄膜摩擦因数和钢球磨损率均增大,说明粘着磨损和氧化反应形成第三体磨粒磨损应是CrN薄膜发生破坏的主要原因;在真空环境中,CrN薄膜的摩擦因数维持在0.3左右;增大工作环境湿度,CrN薄膜的摩擦因数降低;在去离子水浸润环境中其摩擦因数可降低至0.1左右,说明CrN薄膜可应用于高湿度环境或真空环境中的减摩抗磨防护。