MoS2-Zr复合薄膜的摩擦学性能研究

目的改善MoS_2薄膜的疏松结构,提高其硬度及摩擦磨损性能。方法采用离子源辅助磁控溅射技术在GCr15基体上沉积不同Zr含量的MoS_2-Zr复合薄膜,通过SEM分析薄膜的表面及截面形貌。采用EDS检测薄膜的成分,采用显微维氏硬度计测试薄膜的硬度,采用Rockwell-C硬度计进行压痕测试实验,采用球-盘式旋转摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。结果 MoS_2-Zr复合薄膜的致密程度和硬度随着Zr含量的增加而增大,其硬度值为300~500HV。复合薄膜与基体的结合力随着Zr含量的增加而增强,但当Zr含量过高时,结合力下降。含Zr原子数分数为15%的MoS_2-Zr复合薄膜具有最好的摩擦学性能,其平均摩擦系数为0.09,磨损率为9.33×10~7 mm~3·N~(–1)·m~(–1),耐磨寿命达5.25×105 r。结论 Zr的掺杂改善了纯MoS_2薄膜的疏松结构,提高了MoS_2薄膜的硬度和结合力,合适的Zr掺杂可以获得较低的摩擦系数和较长的耐磨寿命。     

非对称双极脉冲磁控溅射制备Ti-Co-La-N纳米薄膜性能

利用非对称双极脉冲磁控溅射制备了不用Co-La掺杂量的Ti-Co-La-N纳米复合薄膜.分别用扫描电子显微镜、X射线衍射、纳米压痕仪、划痕仪以及摩擦磨损仪研究了薄膜的表面形貌、结合力、显微硬度和摩擦学性能.结果表明:复合薄膜主要有TiN相、Co2N相和LaN相组成;复合膜的纤维硬度达到14.61 GPa,低于TiN的显微硬度;复合薄膜的显微硬度和结合力都随着Co-La掺杂量的增加而降低;在高速钢基体上复合薄膜的摩擦系数达到了0.6.     

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。     

MoS_2对Fe-20wt%Cu基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

以Fe-20wt%Cu合金为基体,利用热压烧结法制备Fe-20wt%Cu基摩擦材料,研究了MoS_2含量对Fe-20wt%Cu基摩擦材料的组织、摩擦学性能及摩擦机理的影响。分析了MoS_2含量对复合材料密度、硬度、孔隙率和摩擦性能的影响。结果表明,MoS_2含量为3%时,该材料的摩擦系数为0.5973,磨损率为0.58×10-9kg/(N·m),此时试样摩擦磨损性能最佳。总体而言随着MoS_2含量的增加,磨损后试样表面的性能先升高后降低。     

磁控溅射NiCrAlY/MoS2复合薄膜结构与性能研究

目的 通过离子源复合磁控溅射技术,制备宽温域耐磨减摩性能良好的NiCrAlY/MoS2复合薄膜.方法 采用离子源复合磁控溅射技术制备了NiCrAlY/MoS2复合薄膜,研究不同MoS2掺杂量对薄膜结构、力学性能和不同温度氧化热处理后摩擦学性能的影响.采用能谱仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对薄膜元素含量、组织结构和相结构进行分析.通过显微硬度计、洛氏硬度计、球-盘式摩擦磨损试验机、3D轮廓仪及高温氧化试验,对复合薄膜硬度、膜/基结合力、摩擦磨损性能和抗氧化性能进行分析.结果 NiCrAlY及NiCrAlY/MoS2复合薄膜以柱状晶结构生长,物相结构主要由Ni3Al、Ni-Cr和MoS2组成.随着MoS2含量的增加,薄膜柱状晶尺寸增加,致密度下降,薄膜硬度从503HV逐渐降到336HV.复合膜具有良好的膜/基结合力,结合力达到HF1级水平.掺杂MoS2可以明显提高复合薄膜的摩擦学性能,当MoS2掺杂量达到48.1％～69.8％时,NiCrAlY/MoS2复合薄膜在室温下具有良好的耐磨减摩性能,其摩擦因数降低至0.038～0.09,磨损率比NiCrAlY薄膜降低1个数量级以上,达到2.14×10–6 mm3/(N·m).对NiCrAlY和NiCrAlY-48.1％MoS2复合薄膜进行400℃和500℃高温氧化试验,复合薄膜氧化形成NiO、Al2O3、MoO3相,经过氧化后复合薄膜仍具有良好的耐磨性能,400℃氧化后复合薄膜磨损率降至1.41×10–6 mm3/(N·m).结论 MoS2掺杂量对NiCrAlY/MoS2复合薄膜结构和性能有重要影响,当MoS2原子数分数为48.1％时,复合薄膜在常温以及高温氧化后均具有良好的耐磨减摩性能.     

沉积温度对NiCrAlY/Ag复合薄膜结构及性能的影响

目的改善GH4169合金的表面性能,制备摩擦学性能优良的复合薄膜。方法采用离子源辅助直流磁控溅射技术制备NiCrAlY/Ag复合薄膜,研究沉积温度分别为60、120、180℃对薄膜结构和性能的影响。利用能谱仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)进行薄膜元素成分含量、表面形貌、截面形貌、粗糙度和相结构的检测。采用纳米压痕仪、划痕法、球-盘式摩擦磨损试验机对薄膜的硬度、结合力、摩擦磨损性能进行分析。结果 NiCrAlY/Ag复合薄膜的表面致密度、晶粒尺寸以及表面粗糙度随沉积温度的升高而增大,物相组成主要为Ni3Al、Ag和Cr,薄膜的硬度在5.67～6.41GPa之间。复合薄膜的膜/基结合力随沉积温度的增加而降低,其中沉积温度为60℃时的膜基结合力最佳(33.1N),并且在此沉积温度下的复合薄膜具有最佳的室温摩擦学性能,其平均摩擦系数为0.24,磨损率为3.52×10–5 mm3/(N·m),磨损机制为氧化磨损和磨粒磨损。结论沉积温度对NiCrAlY/Ag复合薄膜的结构性能影响显著,当沉积温度为60℃时,薄膜综合性能最好。     

选择性键合金属-类金刚石复合薄膜的性能研究

目的研究具有选择性键合作用的掺杂金属元素(Cu、Al、Ti)对类金刚石(DLC)薄膜的结构和摩擦学性能的影响。方法以高纯石墨及其与金属复合靶作为靶材,采用离子源镀膜技术分别在n-型(100)单晶硅片和抛光304不锈钢片基体上制备金属-DLC复合膜。采用514.6 nm氩离子激发源的Raman光谱仪,对金属-DLC复合薄膜进行拉曼光谱分析。采用努氏硬度计和表面轮廓仪测量计算薄膜的硬度和残余应力。采用原子力显微镜(AFM)观察DLC薄膜的表面形貌和结构。使用球-盘滑动磨损试验机对DLC复合薄膜进行摩擦学性能分析。结果类金刚石薄膜中掺入不同金属元素掺杂后,摩擦系数保持相对稳定,但磨损率存在较大差异。无掺杂DLC膜中的sp~3键含量最高,薄膜硬度高,残余应力大,在摩擦过程中易脱落。Ti-DLC金属复合膜的表面质量最好,结构致密,残余应力释放的同时保持较高的硬度,测得其磨损率最低,为0.13×10~(-15) m~3/nm。结论通过在DLC膜中掺杂不同键合能力的金属元素能够调控DLC薄膜的微观结构,改善薄膜的力学性能(硬度、残余应力),提高薄膜的抗磨损性能。薄膜的摩擦学性能与薄膜的微观结构与金属掺杂元素的存在形态有关。     

Ni包MoS_2添加对等离子喷涂Mo涂层组织及性能的影响

针对车轮与钢轨的异常磨耗问题,采用等离子喷涂技术在CL60钢上制备了三种Mo涂层,即纯Mo、Mo+5%Ni/MoS_2、Mo+15%Ni/MoS_2。对三种涂层的微观组织、孔隙率、显微硬度、弹性模量、结合强度、耐磨性能进行表征。结果表明:三种等离子喷涂Mo涂层具有典型的层状结构且涂层与基材之间为机械结合。Ni包MoS_2的加入有效降低了Mo涂层的孔隙率,而且涂层硬度提高,但对涂层的弹性模量没有实质性影响。纯Mo涂层与基材的结合强度为27.07 MPa,随着涂层中Ni包MoS_2增强相的质量分数从5%增加到15%,涂层与基体的结合强度由32.53 MPa增加到39.88 MPa。Mo涂层可有效改善车轮材料的摩擦磨损性能,随着涂层中增强相Ni/MoS_2含量的增加,涂层的磨损量逐渐减小。但增强相Ni/MoS_2的加入增加了Mo涂层与基材的摩擦系数。     

CrxTiyOz结构与其摩擦学性能相关性研究

目的通过研究表明与Magnéli相相似的Ti(n-2)Cr2O(2n-1)相当6≤n≤9时,在宽温域环境下具有优异的摩擦学性能,并深入探索这种双金属氧化物结构与力学性能和摩擦学性能之间的关系。方法利用多弧离子镀技术设计制备了不同CrxTiyOz结构的双金属氧化物薄膜,研究了退火处理前后,不同结构对薄膜力学性能和摩擦学性能的影响。结果随着Ti含量的降低,原始薄膜中大颗粒的数量和尺寸减少,膜基结合力先增加后降低,摩擦系数变化幅度不明显,约为0.3,磨损率为3×10-8 mm3/(N·m)。退火处理后,薄膜的结晶度提高,随着Ti含量的降低,薄膜硬度增大,膜基结合力提高,摩擦系数和磨损率逐渐减小。结论退火处理后的薄膜如Ti含量过高,会生成Cr2Ti4O11、Cr Ti O3和Cr_2O_3复合相,从而结构变疏松,力学性能和摩擦学性能变差。     

MoS_2/SiC复合微弧氧化层的制备及性能

采用微弧氧化技术,使用WHD-20型微弧氧化电源,在ZL109铝合金表面原位生长陶瓷层,针对铝合金的摩擦学性能的不足,展开了减摩耐磨微弧氧化层的研究。电解液中选取MoS_2作为减摩添加剂,SiC作为耐磨添加剂,将两种纳米颗粒在电解液中良好分散后,烧结在微弧氧化层中,成功制备了MoS_2/SiC复合微弧氧化层。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、显微硬度仪和摩擦磨损试验机分别评价了复合微弧氧化层的结构、成分、硬度以及摩擦学性能。结果表明:MoS_2/SiC复合微弧氧化层生长速度减缓,膜层厚度减少了16. 2%,表面形貌更加致密且粗糙度减小了40. 22%,硬度增加了11. 06%。在摩擦磨损试验中,复合膜层磨损量降低了32. 65%,摩擦因数更低且平稳。     

MoS2/Pb-Ti多层薄膜的结构和摩擦学性能

目的 设计MoS2/Pb-Ti多层薄膜,改善真空和大气环境下的摩擦学性能。方法 采用磁控溅射技术沉积MoS2/Pb-Ti多层薄膜,通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射(XRD)、纳米压痕仪、真空和大气摩擦磨损实验,分别评价MoS2/Pb-Ti多层薄膜的表面形貌、微观结构、力学性能、真空和大气环境下的摩擦学性能,并通过光学显微镜、能谱仪（EDS）、Raman光谱仪对磨痕及磨斑进行分析。结果 随着MoS2层厚度的增加,MoS2/Pb-Ti多层薄膜的表面颗粒逐渐细化,变得更加光滑。同时,微观结构由金属相主导转变为由MoS2相主导,弹性模量逐渐降低,硬度则先升高后降低。在真空环境下,MoS2/Pb-Ti多层薄膜的摩擦系数低至0.01,磨损率低至2.2×10?7 mm3/(N?m),大气环境下摩擦系数低至0.07左右,磨损率低至2.7×10?7 mm3/(N?m)。 结论 在真空摩擦磨损实验中,MoS2层厚度过薄时,MoS2/Pb-Ti多层薄膜的磨损机制为粘着磨损,MoS2层厚度增加有助于形成稳定的转移膜,使得摩擦磨损大幅降低。在大气摩擦磨损实验中,Ti保护MoS2的结构免于H2O和O2的破坏,使体系具有低而稳定的摩擦磨损。     

MoS2-Ti自润滑复合薄膜的高温摩擦学性能研究

目的探究Ti含量对MoS₂-Ti复合薄膜高温摩擦学性能的影响,制备高温摩擦性能良好的MoS₂-Ti复合薄膜。方法采用射频和直流双靶共溅射技术沉积了不同Ti含量的MoS₂-Ti复合薄膜,研究了Ti含量对MoS₂-Ti薄膜微观结构和力学性能的影响,进一步探究了MoS₂-Ti复合薄膜在大气环境下的高温摩擦学性能。采用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM),对薄膜的成分、晶相结构及微观形貌进行分析。利用显微维氏硬度计测试薄膜的力学性能,通过UMT-TriboLab摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。此外,采用SEM、拉曼光谱仪(Raman)和X射线光电子能谱仪(XPS),对薄膜的磨痕形貌及对偶球转移膜的成分进行分析。结果Ti掺杂促进了MoS₂薄膜以(002)晶面择优取向生长,且提高了薄膜的致密度,薄膜硬度从70HV提升到350HV。MoS₂-Ti复合薄膜在高温环境下的摩擦性能,随Ti含量的增加呈先上升后下降的趋势,其中Ti原子数分数为6.81%的MoS₂-Ti复合薄膜具有较低的摩擦因数和磨损率。通过对转移膜的成分进行分析,发现处于300℃高温环境下,Ti原子数分数为13.51%的MoS₂-Ti复合薄膜由于在摩擦过程中生成的氧化物较多,其耐磨性能开始下降。结论Ti含量对MoS₂-Ti复合薄膜的高温摩擦学性能有明显的影响,掺杂适量Ti能显著提高MoS₂薄膜在大气环境下的高温摩擦学性能。     

Properties of PA(polyamide) coating and PA/MoS2 composite coatings by flame spraying

PA and PA/MoS2 composite coatings were prepared by flame-spraying. The thermal properties, crystallinity, microstructure and tribological properties were investigated with Fourier transform infrared (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy(SEM), and MM-200 model wear tester. Temperature influences the final morphological structure of the coatings. Tribological experiment results indicate that the MoS2 filled PA coating has different wear resistance compared with the PA coating without MoS2 filler. A high content of MoS2 decreases the hardness of composite coating and enhances the wear rate. The 1 %-3% content of MoS2 has advantages to the tribological ProPerties of PA composite coatings.     

Microstructure and Tribological Properties of PlasmaSprayed Ni/MoS2 Solid Lubrication Coating

A composite Ni based MoS2 solid lubrication coating was prepared using the plasma spraying technology with optimized process parameters.The tribological properties of the composite Ni/MoS2 coatings in air and vacuum were studied with a ball-on-disk friction and wear tester under dry sliding condition,respectively.XRD,SEM and EDS were adopted to analyze the microstructures of the coating before and after wear tests.Results showed that the deposition quality of the coating was good.The content of lubricant MoS2 was high.But the compactability of the coating with many superficial micrometersized defects such as pores and cracks was relatively low.The composite Ni/MoS2 coating exhibited excellent friction-reduction properties both in air and in vacuum conditions.In vacuum,the wear loss was greater because the severe spalling of top layer resulted from breakthrough of the adjacent defects.In air condition,the wear loss of the coating was relatively low but its friction-reduction ability may be weakened for the oxidation of MoS2.     

偏压对DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响

目的通过调节偏压,改善无氢DLC薄膜的微观结构,提高其力学性能和减摩抗磨性能。方法采用离子束辅助增强磁控溅射系统,沉积不同偏压工艺的DLC薄膜。采用原子力显微镜(AFM)观察薄膜表面形貌,采用拉曼光谱仪对薄膜的微观结构进行分析,采用纳米压痕仪测试薄膜硬度及弹性模量,采用表面轮廓仪测定薄膜沉积前/后基体曲率变化,并计算薄膜的残余应力,采用大载荷划痕仪分析薄膜与不锈钢基体的结合力,采用TRB球-盘摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦学性能,采用白光共聚焦显微镜测量薄膜磨痕轮廓,并计算薄膜的磨损率。结果偏压对DLC薄膜表面形貌、微观结构、力学性能、摩擦学性能都有不同程度的影响。偏压升高导致碳离子能量升高,表面粗糙度呈现先减小后增加的趋势,-400V的薄膜表面具有最小的表面粗糙度且C─C sp^3键含量最多,这也导致了此偏压下薄膜的硬度最大。薄膜的结合性能与碳离子能量大小呈正相关,-800 V时具有3.98 N的最优结合性能。不同偏压工艺制备的薄膜摩擦系数随湿度的增加,均呈现减小的趋势,偏压为-400V时,薄膜在不同湿度环境中均显示出最优的摩擦学性能。结论偏压为-400 V时,DLC薄膜综合性能最优,其表面粗糙度、硬度、结合力和摩擦系数分别为2.5 nm、17.1 GPa、2.81 N和0.11。     

不同掺杂对类金刚石薄膜的影响

目的研究单掺Si和共掺Ag、Si对类金刚石薄膜的结构、摩擦学性能和耐腐蚀性能的影响。方法以高纯石墨靶、石墨与金属复合靶、Si靶作为靶材,采用射频增强磁控溅射技术制备不同掺杂种类的薄膜。通过XPS、拉曼光谱仪对薄膜的化学组成和结构进行分析,通过纳米压痕仪、摩擦磨损试验机、电化学工作站等,对薄膜的力学性能、摩擦学性能及耐腐蚀性能进行了系统研究。结果 Si元素单掺DLC会引起薄膜中sp~3C含量增加。Ag、Si共掺DLC后,由于Ag以金属相分布在薄膜中,并促进sp~2相的形成,导致sp~3C含量降低。掺杂元素后的DLC薄膜,硬度下降,但韧性提高,其中Ag、Si共掺的DLC薄膜的弹性恢复系数达到79%。此外,Ag、Si共掺DLC薄膜在多种气氛(Ar、O_2、N_2)中都具有优异的摩擦学性能,磨损寿命均超过30 min,其中在N_2气中的摩擦系数最低(0.1),并在NaCl溶液中的腐蚀电流密度比304不锈钢基体降低了近2个数量级,具有良好的耐腐蚀性。结论 Si与Ag共掺DLC薄膜较Si单掺薄膜具有更好的摩擦环境适应性和耐腐蚀性能。     

含硅无氢非晶碳基薄膜的摩擦磨损性能

为了研究Si掺杂对无氢非晶碳基薄膜摩擦磨损性能的影响,利用直流磁控溅射技术在单晶硅和304不锈钢基底上沉积不同Si含量的无氢非晶碳基薄膜。采用SEM、Raman光谱、纳米压痕仪等分析手段对薄膜的成分、结构和力学性能进行表征。利用球盘式往复摩擦试验机测试薄膜在无润滑条件下的滑动摩擦磨损性能。结果表明:Si掺杂能降低薄膜内应力和促进sp3杂化,高于10%的Si原子导致薄膜硬度增加。在不同湿度条件下,Si掺杂并未明显影响溅射无氢非晶碳基薄膜的摩擦因数;相反,含Si薄膜在不同测试条件下都具有较高的磨损速率。薄膜磨损速率随相对湿度增加而减小,随Si含量增加而增加;高Si含量薄膜在低湿度条件下具有明显不稳定的摩擦因数和显著增加的磨损速率。这意味着在设计和发展性能优异的无氢非晶碳基摩擦学涂层时,应充分考虑Si掺杂导致的性能损失。     

脉冲偏压对直流磁控溅射沉积MoN薄膜结构及性能的影响

MoN薄膜是一种具有潜在应用价值的薄膜材料,但对于其结构和性能的研究还较少。采用直流磁控溅射技术在304不锈钢基体表面沉积MoN薄膜,研究了脉冲偏压对MoN薄膜结构和性能的影响,并系统研究了MoN薄膜在不同摩擦条件下的摩擦磨损行为。采用X射线衍射仪和扫描电镜分析薄膜的晶相结构、晶粒尺寸、表面及断面形貌,采用HMV-2T显微硬度仪测试薄膜的显微硬度。采用UMT-TriboLab多功能摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能,并用扫描电镜观察磨损表面,分析其磨损机制。结果表明：脉冲偏压显著影响直流磁控沉积的MoN薄膜的晶相结构、表面形貌、断面结构、硬度和摩擦磨损性能;随脉冲偏压的增大,MoN薄膜的膜厚、硬度都先增大后减小,而薄膜的磨损率却先减小后增大,其中-500 V脉冲偏压下沉积的MoN薄膜具有最高硬度为7731 N/mm²,以及最低的磨损率为5.8×10^-7 mm³/（N·m）。此外,MoN薄膜在不同载荷和转速的摩擦条件下表现出不同的摩擦学行为。