不同Ti含量类石墨碳膜干摩擦磨损性能研究

目的提高高速钢的干摩擦学性能,探究不同Ti含量掺杂对类石墨碳膜摩擦性能的影响。方法用非平衡磁控溅射离子镀技术制备了不同Ti含量的类石墨碳膜,用光学显微镜、扫描电子显微镜、Raman光谱、洛氏硬度计、纳米压痕仪等分析薄膜的微观结构和力学性能,用高速线性往复磨损试验机检测薄膜的干摩擦学性能,并用光学显微镜观察磨痕。结果制备的碳膜表面颗粒尺寸较小,断面致密,且逐渐趋向柱状结构。随着Ti靶溅射电流的增大,逐渐增加的Ti元素打断了sp~3键生长,薄膜中生成更稳定的sp~2键,且sp~2键含量先增大后减小,在0.8 A达到最大,溅射电流为1.1 A时,Ti元素含量最大,sp~2键和sp~3键都减少。碳膜与基体结合力随着Ti靶电流变大而先增大后减小,在0.8 A结合最佳,约为HF3级。硬度和弹性模量先减小后增加,0.8 A时达到最小。碳膜摩擦系数相比于原样都较低,在0.09~0.12之间。磨损率先增大后减小,维持在(5~15)×10~(-16) m~3/(N·m)左右。结论不同Ti含量的类石墨碳膜,能明显降低高速钢与钢球对磨的粘着磨损倾向,降低摩擦系数和磨损率。     

基于色度分析方法对铜基石墨材料摩擦表面自润滑膜的评价分析

提出一种基于色度分析方法对铜基石墨复合材料摩擦过程中产生的石墨润滑膜图片进行图像处理,从而实现对石墨自润滑膜的覆盖率进行定量分析。这种方法较通常使用的二值化图像处理方法更加合理、准确,能够更加真实地反映出石墨润滑膜覆盖情况。基于色度分析方法对转移膜覆盖率的分析较二值化图像处理方法分析的准确度有显著提升。通过定量分析研究了石墨含量及尺寸对自润滑膜覆盖率的影响,结果发现随着石墨含量的增加、石墨尺寸的减小,自润滑膜覆盖率逐渐增加。分析表明,随着自润滑膜覆盖率的提高,铜基石墨复合材料的摩擦因数成线性降低,而磨损量略有提高。     

石墨靶电流对类石墨镀层摩擦性能的影响

用非平衡磁控溅射离子镀技术制备含铬类石墨镀层,研究了石墨靶电流对磁控溅射法制备类石墨镀层摩擦性能的影响.通过扫描电镜、原子力显微镜、透射电镜等分析了镀层的表面形貌与组织.结果表明:所制备镀层的硬度随着石墨靶电流的升高而增加;镀层的摩擦系数和比磨损率随靶电流的增大呈现先降后升的趋势;扫描电镜和原子力显微镜图片分析表明镀层表面呈典型的岛团状聚集态,且随着石墨靶电流增大,镀层表面岛团状尺寸变大、镀层表面粗糙度随之增大.用高分辨透射电镜分析显示:靶电流较小时碳层中出现Cr元素富集区,随着石墨靶电流的增大,表面层中的Cr弥散分布.     

类石墨碳膜的制备及其与类金刚石碳膜的区分

类金刚石碳膜的碳键结构一般以sp3为主,用离子束辅助磁控溅射制备了以sp2为主的非晶碳膜,即类石墨碳膜。分析类石墨碳膜的成分、组织结构,并通过这些结果区分类石墨碳膜与类金刚石碳膜。采用卢瑟福背散射谱(RBS)、x射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、x射线光电子谱(XPS)、四点探针法(FPM)分析了成分、组织结构及电阻率,结果表明:制备碳膜的晶体结构是非晶,碳键结构以sp2为主,电阻率在10-4~10-2??m之间。证明这种非晶碳膜不同于类金刚石碳膜(sp3为主)。     

铜基体上等离子体喷涂钨涂层性能研究

介绍了铜基体上等离子喷涂1 mm钨涂层核聚变试验装置壁材料的制备,并对真空和大气等离子体喷涂钨涂层性能进行了比较研究,内容主要包括微观形貌、气孔率、杂质含量、结合强度和热负荷性能.结果表明,气孔率和氧杂质含量差异是大气和真空等离子体喷涂钨涂层热负荷性能差异的主要原因.     

膜基界面结合强度表征和评价

膜基界面结合强度是直接关系到膜基体系最终使用性能和可靠性的关键因素。对现用的薄膜与基体之间界面结合强度表征方法进行了综合评述,并报道了一些研究新进展。     

铜基SiC_P复合材料的烧结制备与摩擦性能研究

采用粉末冶金法制备SiCP/Cu复合材料,利用Axio Vert.A1金相显微镜、HB-3000B硬度计、MFT-4000多功能表面性能试验仪、M-2000磨损试验仪和扫描电镜研究了烧结温度和增强体含量对该复合材料金相组织、硬度以及其摩擦磨损性能的影响。结果表明:Si CP/Cu复合材料的最佳烧结温度850℃,保温时间2h;随Si CP含量增加,其硬度和摩擦系数以及耐磨性都有所增大和改进,Si CP含量为7%时为最佳,硬度达到95.7HRC,摩擦系数0.18,磨损率7.9%。     

过渡层结构对类石墨镀层结合强度的影响

目的探究过渡层沉积时间和结构对类石墨镀层结合强度的影响规律。方法采用微弧离子镀技术,改变梯度层沉积时间,制备不同的类石墨镀层。利用扫描电子显微镜(SEM)分析镀层的微观形貌,利用截面能谱扫描分析镀层中梯度层结构变化。采用压痕法和划痕法对镀层与基体的结合强度进行评价。采用维氏硬度计测试镀层的显微硬度,并利用针盘式摩擦磨损试验机测定镀层的摩擦系数。结果随着梯度层沉积时间的延长,镀层与基体的结合强度呈先上升、后下降的变化趋势,在过渡层沉积时间为20 min时,结合强度最高,约为46 N。此外,随着过渡层沉积时间的延长,镀层摩擦系数逐渐下降,但显微硬度下降,承载能力减弱,摩擦磨损寿命下降。结论合理调控过渡层沉积时间有助于类石墨镀层结合强度的提升,镀层的摩擦磨损寿命随着过渡层时间的延长而呈现先上升、后下降的趋势,高结合强度使得膜基界面的结合寿命延长。     

类金刚石膜对CoCrMo合金摩擦性能的影响

目的研究类金刚石膜(DLC)在不同工况条件下的摩擦性能。方法使用磁控溅射技术,在CoCrMo合金表面沉积掺杂Cr元素的DLC薄膜。通过X射线衍射能谱和拉曼光谱对DLC膜表面的化学成分进行分析,采用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察DLC膜的表面形貌,借助摩擦试验仪测试DLC膜在不同工况条件下的摩擦性能。结果薄膜表面呈现颗粒状结构,且薄膜表面粗糙度在10 nm左右,物相分析表明,DLC薄膜为非晶化结构。在牛血清白蛋白(BSA)和NaCl溶液润滑条件下,DLC/CoCrMo摩擦副的平均摩擦系数(COF)分别趋于0.08,磨损区域存在少量的刮痕;而在干摩擦条件下,摩擦系数曲线表现出由高到低的变化趋势,平均摩擦系数约为0.21,同时在销磨损表面能观察到石墨化转移层。当接触压力为1 MPa时,平均摩擦系数约为0.10;接触压力增加至8 MPa时,平均摩擦系数约为0.08。结论润滑条件下,DLC膜表面悬键被钝化,减小其与配副表面之间的相互作用力,因此摩擦系数较低;干摩擦条件下,石墨化转移层充当固体润滑层,最终导致摩擦系数呈现下降趋势。DLC薄膜对摩擦配副具有明显的减摩效果。     

类金刚石碳膜的摩擦学性能及摩擦机制

类金刚石碳膜作为低摩擦系数的固体润滑耐磨层越来越受到重视,但其摩擦学行为强烈地依赖于试验条件和膜的本质,而膜的本质又依赖于制备工艺。本文概述了不同工艺方法制备的类金刚石碳膜的摩擦学性能,介绍了气氛、湿度、载荷及滑动速度等试验条件对其摩擦学行为的影响,对提出的不同摩擦机理进行了总结和讨论。     

MPCVD类金刚石膜抗氧化和摩擦性能的研究

目的研究MPCVD法制备的DLC膜的抗氧化和摩擦性能。方法使用石英钟罩式MPCVD装置,在CH4-H2体系中,通过不同微波功率和沉积气压的正交实验,在载玻片上沉积DLC膜。通过X射线光电子能谱和拉曼光谱对DLC膜表面的化学组成进行测试分析,采用场发射扫描电镜对DLC膜的表面形貌进行观察分析,采用摩擦磨损仪对DLC膜的摩擦性能进行测试研究。结果同一沉积气压下,IO1s/IC1s和sp2/sp3的比值随着微波功率的上升而下降;同一微波功率下,IO1s/IC1s和sp2/sp3的比值随着沉积气压的上升而上升。DLC膜的抗氧化性能随着sp2/sp3比值的下降而上升。场发射扫描电镜结果表明,微波功率由500 W上升至700 W时,DLC膜表面的团聚现象明显受到抑制,摩擦系数下降。当微波功率上升至900 W时,DLC膜表面出现明显裂痕,摩擦系数上升。微波功率为700 W、沉积气压为8.0 k Pa时,可得到氧化性能较好、摩擦系数最低为0.14的DLC膜。结论 MPCVD法制备的DLC膜的抗氧化性能受sp2/sp3比值的影响,比值越低,抗氧化性能越好。摩擦性能同时受sp2/sp3比值和其表面粗糙度的影响,比值越小,表面越平整,摩擦系数越小。     

类金刚石膜的性能及其在模具上的应用

分析了物理气相沉积（PVD）技术制备的类金刚石膜和掺杂金属的类金刚石膜的性能，并介绍了类金刚石膜在模具上的应用情况。     

类金刚石薄膜的摩擦性能及其应用

首先从成键结构的角度分析了DLC薄膜摩擦性能的由来,然后分别从DLC薄膜的沉积工艺(包括制备方法、气源种类和掺杂元素)、摩擦环境条件和基底材料选择等三方面入手,讨论了影响DLC薄膜摩擦性能的主要因素及其影响规律。经过总结发现,通过调节DLC薄膜的沉积工艺可以改变DLC薄膜中sp~2杂化碳的含量以及氢的含量,进而影响DLC薄膜的摩擦性能;真空、惰性气体和低湿环境有利于获得更好的摩擦效果;过渡层和偏压有利于提高DLC薄膜与基底之间的附着力,其摩擦性能也会得到提升。最后对DLC薄膜在机械加工及耐磨器件、光学和电子保护以及生物医学领域的应用进行了综述,并对应用过程中存在的两大问题——DLC薄膜的内应力和热稳定性进行了分析,归纳了一些具体的解决方案,并对DLC薄膜的发展趋势进行了展望。     

石墨增强体对SiC/Gr/Al复合材料干摩擦磨损性能的影响

采用挤压铸造技术制备不同粒径石墨颗粒增强的40%SiC/5%Gr/Al复合材料,研究了石墨颗粒对摩擦系数和磨损率的影响.结果表明,随着石墨的加入,复合材料的摩擦系数降低,磨损抗力提高170～340倍.另外,石墨颗粒粒径的增加也导致磨损抗力的提高,这是由于在干摩擦的过程中形成由铁的氧化物、石墨及SiC等组成的具有润滑性质的薄膜.     

干摩擦条件下钻头胎体与花岗石摩擦特性的试验研究

为了了解热压钻头胎体与花岗石在干摩擦条件下的摩擦特性,分别选取了3组不同硬度的热压钻头胎体试样和3组不同金刚石浓度的孕镶金刚石胎块试样,与同一种花岗石进行了一对一的摩擦磨损试验,得出了不同条件下的摩擦系数与摩擦力矩。分析探讨了胎体试样硬度及金刚石浓度对摩擦系数的影响规律。结果表明:不含金刚石的胎体试样与花岗石之间的干摩擦,随着胎体硬度的增大,摩擦力矩与摩擦系数先增大后减小;添加金刚石的胎体试样较之于纯胎体试样,摩擦力矩与摩擦系数显著减小;含金刚石的胎体,随着金刚石浓度的增大,摩擦力矩与摩擦系数逐渐增大。     

橡胶/类金刚石复合材料界面结合及摩擦性能研究进展

综述了橡胶表面沉积DLC薄膜的主要制备技术,包括磁控溅射法和等离子体化学气相沉积法。概括了橡胶/DLC复合材料的表面形貌特性,尤其是温差对表面斑块结构的影响机制。重点介绍了X切割法、划痕法及拉伸法为主的橡胶/DLC复合材料界面结合力的评估方法,分析了基体表面等离子体处理、添加过渡层及异质元素掺杂DLC薄膜对提升橡胶与DLC薄膜结合力的影响。此外,以刚性球为摩擦配副,阐述了橡胶/DLC复合材料的摩擦性能测试方法。基于橡胶的黏弹特性,探讨了橡胶/DLC复合材料的摩擦行为,并归纳了Maxwell模型、Voigt模型、双Voigt模型和SLS模型的特点和局限性。最后,围绕目前橡胶表面DLC薄膜耐磨改性工作中存在的问题和挑战,探讨和展望了未来的研究方向。     

加入纳米金刚石对铜基体上 Ni-P 化学镀层性能的影响

为增强化学镀Ni-P镀层的性能,以纯铜为基体,在镀液中加入纳米金刚石,共沉积Ni-P/纳米金刚石复合镀层,研究了纳米金刚石的加入对镀层性能的影响。结果表明:纳米金刚石质量浓度为12 g/L时,获得的镀层质量较好;纳米金刚石的加入大大提高了镀层的摩擦磨损性能和耐腐蚀性能。     

膜基结合强度的试验与研究

薄膜强化能显著改变材料的各种表面性能,因而在材料工程领域内具有广阔的发展前景。膜基结合强度是膜基复合材料性能的一个基本要求。本文综述了膜基结合强度的各种试验方法,并概述了提高膜基结合强度的途径。     

铜基电镀复合镀层的制备工艺与耐腐蚀摩擦性能的研究

制备了铜基体电镀镍和镍磷合金层,并进行了微观组织观察,抗腐蚀摩擦性能和纳米压痕试验研究。结果表明:通过调整镀层内应力,在金属表面以电镀镍为结构层,镍磷合金为表面层的结构可同时具有高强韧、耐冲击、耐腐蚀和耐磨损性。由于电镀镍比镍磷合金弹性系数低,使得电镀镍结构具有耐冲击性。镍磷合金镀层变形小且硬度高,使得其具有较强的耐腐蚀与耐磨擦性。