脉冲真空电弧离子镀在不锈钢上沉积类金刚石薄膜的研究

利用脉冲真空电弧离子镀技术在3Cr13不锈钢上制备了类金刚石(DLC)薄膜,通过Raman光谱分析了膜的结构特征,采用摩擦磨损试验机测试了薄膜在不同载荷下的摩擦系数,运用划痕仪研究了膜基的结合强度.结果表明:所镀制的薄膜具有典型类金刚石结构特征,膜中ID/IG为1.33;摩擦系数随着载荷的增大而减小,载荷为5 N,转速120 r/min时的摩擦系数为0.12;Ti过渡层的引入显著地提高了膜基结合力.     

环境气氛对类金刚石薄膜摩擦学行为的影响

用射频等离子体化学气相沉积法(RF-PECVD)制备了含氢类金刚石薄膜(DLC).采用表面轮廓仪和纳米压痕仪分别测量膜的厚度和硬度.通过控制摩擦环境气氛对DLC薄膜和钢球对磨的摩擦系数进行了系统研究.利用光学显微镜和扫描电镜(SEM)分析了磨痕及磨斑的形貌,对DLC薄膜在不同气氛下的摩擦现象进行了表征和解释.结果表明,DLC薄膜的摩擦学行为与气氛中的O2、H2O和N2有关,其中N2的存在是DLC薄膜具有超低摩擦系数的重要原因.     

磁控反应溅射MoS2/Ti/C复合薄膜的组织结构及摩擦磨损性能

为了提高MoS2薄膜在室温潮湿大气条件下的摩擦磨损性能,通过磁控反应溅射制备了MoS2/Ti/C复合薄膜.采用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)对薄膜的成分、相组成和形貌进行表征,采用纳米压痕仪测试薄膜的结合力、纳米压痕硬度,采用多功能微摩擦磨损试验机测试薄膜的摩擦系数,并采用...     

纳米结构TiN薄膜的制备及其摩擦学性能

在室温条件下,用磁过滤等离子体装置在单晶硅基底上制备了纳米结构TiN薄膜分析了薄膜的表面形貌、晶体结构,测量了TiN薄膜的硬度,研究了基底偏压对薄膜结构性能的影响.结果表明,用此方法制备的TiN薄膜表面平整光滑,颗粒尺寸为50～80 nm;随着基底偏压的增大薄膜发生(111)面的择优取向随着偏压的提高,薄膜的颗粒度稍有增大,摩擦系数增大,偏压提高,晶面在较密排的(111)面有强烈的择优取向,硬度也有所增大.在其它条件相同的情况下载荷越大,摩擦系数越大.不起用磁过滤等离子体法制备的纳米结构TiN薄膜具有较低的摩擦系数(0.14～0.25).     

不锈钢、铝、铜合金表面超厚类金刚石薄膜的制备及其摩擦学性能研究

为了提高不锈钢、铝、铜合金的使用寿命及应用范围,采用等离子体增强化学气相沉积技术在3种不同基底上沉积超厚类金刚石(DLC)薄膜(28.3μm)。利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、纳米压痕仪、划痕仪、球-盘摩擦试验机等表征方法对沉积在不锈钢、铝、铜合金表面上的超厚DLC薄膜进行性能测试分析。结果表明:铜合金基底上的超厚DLC薄膜由于其内应力过大出现部分剥落,不锈钢、铝合金基底上所制备的超厚DLC薄膜结构致密、膜基结合界面良好;不锈钢、铝、铜合金与碳的晶格不匹配性依次变大导致超厚DLC薄膜硬度与结合力依次变差。摩擦学性能测试表明,2 N载荷下摩擦系数可低至0.15,磨损率在(5.641～6.575)×10-7mm3/(N·m)范围内小幅度变化; 10 N载荷下铜合金基底上的超厚DLC薄膜因其内应力较大并且分布不均匀造成摩擦系数的急剧升高,薄膜被磨穿。铝合金上的超厚DLC薄膜磨损率最低,为3.204×10-7mm3/(N·m)。     

射频溅射法制备硫化钨固体润滑薄膜的研究

本文研究了采用射频溅射法以3Cr13马氏体不锈钢为基片制备硫化钨薄膜.实验分别采用了不同的溅射功率、工作气压和沉积时间来制备样品.之后对三组样品分别进行物相分析、表面形貌观察、测定微区化学成分、结合力和摩擦系数.结果表明:通过射频溅射法可获得非晶态WS2薄膜,薄膜的S/W比一般小于2,并受溅射工艺影响较为明显,随着溅射功率的升高逐渐降低,随着溅射时间的延长明显升高.薄膜结合力受溅射工艺影响并不显著.通过射频溅射所获得薄膜的摩擦系数在一定范围内与其硫钨比成反比.     

(Mg2B2O5w+ND)/ZK60镁基复合材料的摩擦磨损性能研究

在湿球磨条件下以600 r/min高能球磨混粉,并将球磨后的粉末经过热压烧结-热挤压成型制备(Mg2B2O5w+ND)/ZK60镁基复合材料。研究了(Mg2B2O5w+ND)/ZK60镁基复合材料在不同载荷和转速下的干摩擦磨损性能。结果表明:干摩擦条件下,材料的摩擦系数随着滑动距离的增加会经历跑和阶段和稳定阶段;材料的质量磨损率随着转速的增大而降低,随着载荷的增大而增大,且基体镁合金的质量磨损率始终低于复合材料。随着摩擦载荷和转速的增加,材料的摩擦系数减小,然后逐渐趋于平稳。混杂增强的镁基复合材料相比基体合金具有更低的摩擦系数。     

MoS_2、Graphite基聚酰亚胺润滑薄膜的制备及其性能研究

以聚酰胺酸(PAA)为有机粘结剂,二硫化钼(MoS_2)和石墨为无机固体润滑剂,利用简单有效的旋涂工艺在铝合金表面制备了MoS_2基自润滑聚酰亚胺(PI)复合薄膜,并对复合润滑薄膜的力学、热学和摩擦学性能进行了表征。实验结果表明,复合润滑薄膜与纯PI薄膜相比,具有更好的热学和力学性能;单独加入MoS_2和石墨所制备的复合润滑膜均能有效降低PI薄膜的摩擦系数;由于MoS_2与石墨的协同作用,使得PMG复合薄膜的摩擦系数在所有润滑薄膜中最低,为0.153。     

环境和法向载荷对(TiVCrAlMo)N高熵合金薄膜摩擦学性能的影响

本工作研究了(TiVCrAlMo)N高熵合金薄膜在干摩擦、16烷、去离子水及三种粘度润滑油(0W-20、10W-30及5W-40)下的摩擦学行为,并探究了不同载荷(1 N、2 N和3 N)对其摩擦学性能的影响。结果表明：1 N和2 N下,高熵合金薄膜在16烷和润滑油中的摩擦系数远低于在干摩擦和去离子水中的摩擦系数,但在3 N下,高熵合金薄膜在去离子水中的摩擦系数出现大幅下降。在油润滑下,高熵合金薄膜在低粘度润滑油(0W-20)中的磨损率随载荷的增加而增大,而在中粘度润滑油(10W-30)中的磨损率随载荷的增加而减小,但在高粘度润滑油(5W-40)中的磨损率与载荷之间无明显的线性关系。高熵合金薄膜在干摩擦中的磨损机制是磨粒磨损和分层磨损,但随载荷的增加还伴有氧化磨损;在16烷中的磨损机制是疲劳磨损和氧化磨损,但在1 N下仅为轻微磨粒磨损;在去离子水中的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。高熵合金薄膜在低粘度润滑油(0W-20)中1 N下的磨损机制是轻微磨粒磨损,但随载荷的增加转为疲劳磨损;相反的是,在中粘度润滑油(10W-30)中的磨损机制是疲劳磨损,但随载荷的增加转为轻微磨粒磨损;此外,高熵...     

碱催化多孔SiO_2/PI杂化薄膜的制备与力学性能研究

采用碱催化正硅酸乙酯(TEOS)的溶胶-凝胶法与分子模板法相结合,通过旋转涂覆在硅衬底上制备掺杂聚酰亚胺(PI)的纳米多孔SiO2薄膜,并在其表面制备致密过渡膜。利用差热分析(DSC-TGA)、原子力显微镜(AFM)、台阶仪(Atomic-Profiler)、微纳力学性能测试仪(Universal Nano+Micro Mechanical Tester)等对薄膜的性能进行了分析表征。结果表明,所制备的SiO2/PI杂化多孔薄膜具有较好的力学性能和热稳定性;一层膜和两层膜的平均厚度分别为917和1288nm;镀有过渡膜的样品具有最为平整的表面形貌和最小的表面动摩擦系数。     

Tribological characteristics of self-assembled nanometer film deposited on phosphorylated 3-aminopropyltriethoxysilane

Thin films deposited on the phosphonate 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) self-assembled monolayer (SAM) were prepared on the hydroxylated silicon substrate by a self-assembling process from specially formulated solution. Chemical compositions of the films and chemical state of the elements were detected by X-ray photoelectron spectrometry (XPS). The thickness of the films was determined with an ellipsometer, while the morphologies and nanotribological properties of the samples were analyzed by means of atomic force microscopy (AFM). As the results, the target film was obtained and reaction might have taken place between the thin films and the silicon substrate. It was also found that the thin films showed the lowest friction and adhesion followed by APTES-SAM and phosphorylated APTES-SAM, whereas silicon substrate showed high friction and adhesion. Microscale scratch/wear studies clearly showed that thin films were much more scratch/wear-resistant than the other samples. The superior friction reduction and scratch/wear resistance of thin films may be attributed to low work of adhesion of nonpolar terminal groups and the strong bonding strength between the films and the substrate.     

纳米晶体钛基掺钽TiO2薄膜的摩擦磨损性能

采用室温直流反应磁控溅射技术在纳米晶体钛表面制备掺钽TiO2薄膜,研究了掺Ta量对纳米晶体钛基TiO2薄膜摩擦磨损性能的影响。结果表明：在室温模拟人体体液条件下,掺钽TiO2薄膜与不锈钢淬火钢球（Φ4mm）对摩的磨损率为10^-6-10^-5mm^3·m^-1 N^-1级;随着Ta含量的增加,薄膜的摩擦系数和磨损率呈先...     

V含量对TaVN复合膜微结构、力学性能和摩擦性能的影响

采用磁控溅射仪制备了一系列不同V含量的TaVN复合膜, 利用X射线衍射仪研究复合膜以及磨痕的相组成, 利用纳米压痕仪表征复合膜的硬度, 采用高温摩擦磨损实验机研究了复合膜的室温和高温摩擦性能。结果表明: TaVN复合膜的微结构为面心立方结构, 随着V含量的增加, 衍射峰择优取向由(200)转变为(111); TaVN薄膜的显微硬度随着V含量增加, 先增加后降低, 在V含量为18.25at%时, 显微硬度达到最大值, 为32.3 GPa; 在常温下, TaVN复合膜的摩擦系数随着V含量的增加而降低; 当温度从室温升高到800℃, 薄膜的摩擦系数先升高后降低。采用晶体化学理论讨论了TaVN复合膜和TaN单层膜在高温下的摩擦机理。     

不同测试条件下TiN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TiN薄膜.用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用球一盘式摩擦磨损试验机评价了在不同测试条件下(干摩擦,水润滑,油润滑)TiN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,用配有能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)观察和测试了磨痕形貌和磨痕处主要化学元素组成.结果表明,相对于干摩擦,水润滑和油润滑条件下,TiN薄膜的摩擦系数和磨痕深度都有明显降低的趋势.干摩擦条件下,薄膜表现为磨粒磨损和氧化磨损;水润滑条件下,薄膜表现为疲劳磨损,水对薄膜起到边界润滑作用;油润滑条件下,薄膜几乎无磨损,油起到流体润滑作用.     

基体表面粗糙度对MoS_(2)/Ti薄膜摩擦磨损性能的影响EI北大核心CSCD

为揭示基体表面粗糙度对MoS_(2)/Ti固体润滑薄膜摩擦磨损性能的影响规律,并探究其摩擦磨损机理,采用磁控溅射方法,在不同表面粗糙度的轴承钢基体上沉积MoS_(2)/Ti薄膜。通过划痕测试仪、X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和粗糙度轮廓仪,分别评价MoS_(2)/Ti薄膜的膜基结合力、物相成分、表面微观形貌以及表面粗糙度,并采用球-盘摩擦磨损实验研究干摩擦、固体-油复合润滑和固体-脂复合润滑条件下,MoS_(2)/Ti薄膜的摩擦磨损性能。结果表明:随着基体表面粗糙度的增加,MoS_(2)/Ti薄膜的表面粗糙度逐渐增加;薄膜中(002)_(MoS_(2))和(100)_(MoS_(2))衍射峰的强度先减弱后增加;薄膜与基体的结合性能降低。当基体表面粗糙度为0.01μm时,干摩擦条件下MoS_(2)/Ti薄膜具有良好的润滑特性,平均摩擦因数为0.101,磨痕浅且小;随基体粗糙度的升高,样品的平均摩擦因数和磨损率均是先增大后减小,薄膜的主要磨损机制由磨粒磨损转变为屑片形成和破碎。当基体粗糙度较大时(R_(a)=0.26μm),分子间相互作用的影响大于机械啮合作用。采用固体-油复合润滑,高基体粗糙度的薄膜磨损表面不再出现片层剥落现象,磨痕较浅,平均摩擦因数最高可减小19%。固体-脂复合润滑条件下,样品摩擦磨损性能较差,基体粗糙度对摩擦因数的影响不显著。     

具有纳米调制结构的AlTiN/AlCrN复合涂层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能研究

目的 研究干摩擦条件下不同AlTiN/AlCrN多层膜纳米调制结构对摩擦磨损行为的影响。方法 将处理过的合金工具钢和单晶硅片作为膜层生长的基底材料,在膜层制备之前,先对基底材料进行预处理,然后使用多靶磁控溅射纳米膜层系统沉积一系列不同调制周期和调制比的AlTiN/AlCrN纳米多层膜。通过控制涂层总厚度不变,在调制比为1︰1时,设计不同的调制周期,择优选出磨损量最小、耐磨性最好的调制周期,并以此为恒定值,进而设计不同调制比的试样。采用X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损试验机分析与表征纳米多层膜的微观结构和性能,研究调制周期和调制比对AlTiN/AlCrN纳米多层膜微观结构和干摩擦条件下摩擦磨损性能的影响。结果 AlTiN/AlCrN纳米多层膜主体均为面心立方结构,且在(111)、(200)和(220)晶面择优取向。调制结构对多层膜的磨损特性影响较大,当调制周期为14.4 nm时,在干摩擦条件下AlTiN/AlCrN纳米多层膜的摩擦磨损量最小;在调制周期恒定为14.4 nm情况下,当调制比为3︰1时,在干摩擦条件下AlTiN/AlCrN纳米多层膜的耐磨性能最好;AlTiN/AlCrN纳米多层膜的磨损机理主要以磨粒磨损和黏附磨损为主。结论 优化的AlTiN/AlCrN多层膜纳米调制结构技术可应用在切削刀具的表面再制造领域,从而延长刀具工作寿命,通过涂层良好的耐磨性能提升设备的加工效率。     

CAB玻璃基底不同方法制备的SiO2膜层性能研究

采用IAD、IBS、MS等三种方法在CAB玻璃上制备了SiO2膜层,通过纳米压痕和划痕仪测量了膜层的纳米硬度和摩擦系数;利用傅里叶转换红外光谱仪对薄膜光谱性能进行了测量;利用SEM,观测膜层表面和断面形貌。结果表明:不同方法制备的SiO2膜层,聚集密度、硬度和摩擦系数不相同,其中,IBS法制备膜层硬度最高,MS法所制备膜层,硬度略低,而IAD法制备的膜层硬度最低;摩擦系数上,IBS法和IAD法相当,较MS法制备的膜层摩擦系数要高。从成膜基理上,对上述结论给出了理论分析。根据试验结果,选用MS法作为CAB玻璃保护膜的制备方法。     

Tribological properties of multilayer DLC/W-DLC films on Si

Multilayer films of diamond-like carbon (DLC) and tungsten-containing diamond-like carbon (W-DLC) films were deposited onto silicon wafers using radio frequency chemical vapor deposition (RFCVD) and a magnetron sputtering method. The W-DLC layer was deposited on the silicon wafer with less than 60 W magnetron output. The DLC layer was then deposited on the W-DLC layer.Surface morphology was investigated by atomic force microscopy and the film structure by transmission electron microscopy. Friction tests for multilayered films were performed in a nitrogen atmosphere at room temperature using a ball-on-disk tribometer. A conventional stainless steel ball was used for the test.The surface profiles seen by atomic force microscopy showed that round-shaped clusters of around 100 nm were observed in just the single W-DLC layer. These clusters were considered to be tungsten or tungsten-carbon composites. In the case of the DLC/W-DLC multilayered structure, the top DLC layer covered the W-DLC single layer and smoothed the surface of the W-DLC film.Friction tests demonstrated that the friction coefficient of the W-DLC single layer was above 0.6 and increased gradually as the number of cycle increased. The W-DLC films partially broke down during our measurements. However the DLC/W-DLC multilayer films showed stable friction properties and were observed for up to 100,000 cycles. Their friction coefficient was typically less than 0.1 at 10 cm/s rotating speed. The DLC/W-DLC multilayer films exhibited stable low friction properties in a long term test under a nitrogen atmosphere.     

Study of (Zr,Ti)CN, (Zr,Hf)CN and (Zr,Nb)CN films prepared by reactive magnetron sputtering

(Zr,Ti)CN, (Zr,Hf)CN and (Zr,Nb)CN coatings, in which Ti, Hf and Nb were added to ZrCN base compound, have been prepared by reactive magnetron sputtering. The coatings, with two different non-metal/metal ratios, were comparatively investigated in terms of elemental and phase composition, texture, surface morphology, hardness and friction performance. It has been shown that the films exhibit nanocomposite structures, consisting of a mixture of crystalline metal carbonitride and amorphous carbon. As compared with ternary ZrCN coatings, the quaternary coatings were found to exhibit superior mechanical and friction characteristics. In general, the films with higher non-metal content revealed finer morphologies, higher hardness and lower friction coefficient. Depending on the coating type and non-metal/metal ratio, the hardness values ranged from about 21 to 29 GPa, being higher than those of ZrCN reference films. The coefficients of friction varied from 0.2 to 0.5, the lowest values being obtained for the coatings with the highest non-metal content.