铜表面硅烷自组装膜的制备及其摩擦学特性的研究

利用分子自组装技术在纯铜表面制备十七氟葵基硅烷单分子膜,用X射线光电子能谱对薄膜的表面结构进行表征,分析自组装膜的成膜机制,并利用UMT-3摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。接触角测试表明,该薄膜具有疏水性,其对水的接触角达117°。摩擦磨损实验结果表明,铜片表面沉积硅烷单分子膜可以大幅度降低铜基片的摩擦因数,使铜基片表面的摩擦因数由无膜时的0.8降至0.23,且在低负荷下具有很好的耐磨性。     

3-巯基丙基三乙氧基硅烷自组装膜摩擦学性质研究

利用自组装技术将3-巯基丙基三乙氧基硅烷薄膜沉积在单面抛光的单晶硅基片上.用X射线光电子能谱仪测量薄膜的化学成分;用原子力显微镜(AFM)观察薄膜表面形貌;用接触角测量仪测量薄膜的接触角;在摩擦试验机上考察薄膜的摩擦学性能与接触角之间的关系.结果表明:薄膜的接触角随着组装时间的增加先增加后减小然后再增加,表明MM分子在单晶硅基片上的自组装是逐层进行的,当MM完成一层组装时,其薄膜表面自由能较低,所表现出的接触角较大;薄膜的摩擦磨损性能与接触角成对应关系,接触角增大,摩擦因数减小,抗磨损能力提高.     

沉积时间对MPTS自组装膜摩擦学性质的影响

利用分子自组装技术在羟基化后的单晶硅硅片表面制备(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(MPTS)自组装膜,用X射线光电子能谱仪(XPS)对薄膜的表面结构进行表征,用JGW-360a型接触角测量仪测量硅片表面的接触角,用UMT-200型微观摩擦磨损实验机测量硅片的摩擦因数,探讨沉积时间对自组装膜的摩擦学性能的影响。结果表明:MPTS自组装膜具有亲水疏水性能,其对水的接触角超过60°;硅片表面沉积MPTS可以大幅度降低硅片的摩擦因数,使硅基片表面的摩擦因数由无膜时的0.6降至0.25左右,且具有很好的耐磨性;沉积时间对硅表面自组装膜的摩擦学性能影响较大,在本实验条件下,0.5 h沉积时间所制备的MPTS-SAM硅片的耐磨性最佳,1 h沉积时间制得的硅片表面最为光滑。     

La纳米自组装膜的制备及摩擦学性能研究

采用乙二胺四乙酸(EDTA)分子自组装技术在硅基材料表面制备了稀土La复合纳米膜,利用浓缩体系全功能稳定性分析仪研究了自组装改性剂制备温度对氢氧化镧胶粒稳定性的影响,通过X-射线荧光光谱仪(XRF)研究了自组装改性剂溶液pH值对复合纳米膜中引入La量的影响,利用AFM研究了EDTA/La摩尔比及组装时间对复合纳米膜形貌的影响,利用AFM研究了在硅基材料表面自组装复合稀土纳米润滑膜前后的摩擦磨损性能.结果表明,在玻璃基片表面成功地组装上了稀土La纳米薄膜;相对于原构件,La纳米膜表面粘附力较小,摩擦因数亦较低,呈现出良好的润滑效果;其摩擦稳定性和耐磨性都有很大程度上的提高.     

氨基表面自组装膜成膜及摩擦性能研究

运用原子力显微镜与接触角测量仪研究了3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)自组装膜不同成膜时间的表面形貌平均粗糙度、接触角,并进行了XPS(X射线光电子能谱)元素分析,表明APTES自组装膜以“岛”状生长,随着反应的时间的延长,岛的数量急剧增加,形成平整光滑的膜,进一步延长成膜时间,可能形成多层膜,从而平均粗糙度先增大再减小然后再增大,表面性质一直变化不大。微摩擦磨损实验研究表明,APTES自组装膜大大降低镀Cr钢球与硅片之间的摩擦因数,摩擦因数从0.71左右降低到0.16左右,在分子级润滑中有广阔的应用前景。     

不同真空度气体对粗糙表面接触摩擦的影响

在大气压作用下,通过对不同真空度下接触物体表面摩擦力的测量,研究气体对粗糙接触物体表面摩擦的影响,该实验采用的摩擦副材料是铝合金/有机玻璃、45钢/有机玻璃。实验结果显示:随着真空度的增大,2种摩擦副的摩擦力近似呈现线性变化,静摩擦因数则先减小而后趋于稳定,再有回增的趋势;45钢/有机玻璃摩擦副静摩擦因数取得最小值所对应的真空度比铝合金/有机玻璃摩擦副的更大。通过分析得出静摩擦因数变化的原因:随着真空度的增大,摩擦副接触间隙间的气体密度减小,当固体刚开始运动时,产生摩擦的气体分子与固体表面的分子减少;随着真空度的增大,正压力增大,材料的变形程度增大。     

钛铝系金属间化合物薄膜的制备和摩擦性能

应用射频磁控溅射方法沉积钛铝系金属间化合物薄膜;用X射线衍射仪(XRD)、配有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)和UMT-2型摩擦试验机对薄膜的相组成、形貌和摩擦性能进行了分析.结果表明:该薄膜是由TiAl、TiAl3、Al2O3和TiO2相组成;薄膜表面晶粒均匀细小;对于不同钛、铝含量的薄膜,当铝含量(原子分数)为45%时具有最低的摩擦因数;摩擦因数随着载荷、转速和摩擦时间的增加而减小.     

不同聚晶立方氮化硼复合刀具加工等温淬火球墨铸铁的切削性能对比

通过用四种不同聚晶立方氮化硼(PCBN)复合刀具切削等温淬火球墨铸铁(ADI)进行切削力试验,得出了不同刀具切削力、摩擦力以及摩擦因数随切削速度的变化曲线.结果表明:立方氮化硼含量较低的PCBN复合刀具的摩擦力和摩擦因数均小于立方氮化硼含量高的刀具;陶瓷型粘结剂复合刀具的摩擦力和摩擦因数小于金属型粘结剂复合刀具,并且粘结剂中大量铝的存在会使刀具摩擦力和摩擦因数随切削速度的增大而不断增大,不利于等温淬火球墨铸铁的切削.     

基片偏压对ta C薄膜结构和摩擦因数的影响

利用磁过滤阴极电弧技术,通过改变基片负偏压(0~500 V)制备四面体非晶碳(ta C)薄膜,研究基片负偏压对ta C薄膜结构和摩擦因数的影响.研究表明,基片负偏压对ta C薄膜的sp3键含量有很大影响,当负偏压为200 V时,ta C薄膜的sp3键含量为85%.在0~200 V范围内随着基片偏压的增大,表面粗糙度逐渐减小,在负偏压为200 V时,薄膜表面粗糙度最小,为0.18 nm左右;当负偏压超过200 V后,由于薄膜中石墨相增多,薄膜表面粗糙度将增大.随着基片偏压的逐渐增大,由于薄膜表面粗糙度的减小和在摩擦中石墨相自润滑层的形成,薄膜的摩擦因数大大降低,耐磨性提高.     

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。     

铝掺杂类石墨薄膜的构筑及其摩擦学性能研究

利用磁控溅射技术在硅片表面上制备铝掺杂类石墨(Graphite-like carbon,GLC)薄膜,采用原子力显微镜、场发射扫描电镜、X射线光电子能谱仪、纳米压痕仪等考察铝掺杂对薄膜表面形貌、结构及其机械性能的影响规律;利用旋转的球一盘微摩擦试验机考察薄膜的摩擦行为.结果表明:铝的引入使GLC薄膜表面更加平整、致密;GLC薄膜的硬度和弹性模量随着掺铝量的增加而增加;低载低速时,薄膜摩擦因数随着铝含量的增加而增加,高载高速时,摩擦因数随铝掺入量的增加明显降低且更稳定.     

薄膜粗糙表面有摩擦接触问题的数值计算研究

采用ANSYS的APDL语言编程通过参数化变量方式实现了薄膜粗糙表面有摩擦接触问题的整个建模与分析过程,其中包括参数化生成满足高斯分布的随机粗糙表面与计及摩擦因数和薄膜/基体弹性模量比变化情况下的自动有限元分析过程。计算结果表明:当摩擦因数一定时,随着薄膜/基体弹性模量比的增大,应力分布逐渐向基体深处扩展,粗糙表面上各点接触压力一致减小,接触压力峰值减小的最大幅度为9.0%;当弹性模量比一定时,摩擦因数的变化对基体部分应力分布的影响不大,然而随着摩擦因数的增加,粗糙表面上各点接触压力增大,接触压力峰值增加的最大幅度为13.2%,可见摩擦因数和弹性模量比对薄膜粗糙表面的接触应力有明显影响。     

不同交联密度下硫化丁腈橡胶摩擦特性的分子动力学模拟

建立了不同交联密度(0.4,0.8,1.2,1.6)硫化丁腈橡胶-铁基板分子动力学摩擦模型,分析了在剪切摩擦过程中交联密度对摩擦因数、相对原子浓度、摩擦界面温度和橡胶分子均方位移的影响,并对模型的准确性进行了试验验证。结果表明:硫化丁腈橡胶-铁基板摩擦副的摩擦因数随交联密度的增加而增大,该变化趋势与试验结果一致。硫化交联可以有效提高橡胶分子之间的刚度,限制分子链发生移动,导致摩擦界面相对原子浓度和橡胶分子均方位移减小;橡胶分子刚度增加,使得橡胶基体与铁基板的相对位移增大,铁基板移动需要克服更多的原子性黏结,即黏附摩擦力增加,导致摩擦界面摩擦因数增大;而相对位移增大也导致更多的能量损耗,使摩擦界面产生更多的热量,摩擦界面温度上升。     

类金刚石薄膜纳米摩擦性能的试验研究

利用摩擦力显微镜(FFM),对由等离子体增强化学气相法沉积的类金刚石(DLC)薄膜的纳米摩擦性能进行了试验研究。用原子力显微镜(AFM)观察了DLC薄膜样品的表面形貌,同时测定了其粘附力值。从外加载荷、扫描速度和湿度的角度分析了薄膜的摩擦特性。     

Ti-DLC薄膜在水介质中的摩擦学特性

采用非平衡磁控溅射法在Si(100)片和M2工具钢上制备Ti-DLC薄膜。通过X射线光电子能谱仪、拉曼光谱仪和扫描电子显微镜分析薄膜的结构以及微观形貌;利用球-盘摩擦磨损试验机研究不同载荷下Ti-DLC/Si-3N-4对摩副在水中的摩擦学特性。结果表明,Ti-DLC薄膜具有致密的表面结构,含有较多的C-Csp2键;摩擦介质为去离子水时,薄膜的摩擦因数随着载荷的增加先减小后增大,且载荷增加到一定值后,摩擦因数几乎不再变化; 薄膜磨损率随着载荷的增加先升高后降低,而相应的Si3N4小球磨损率却是先减小后增大, 这主要是由于Si3N4在水中易于发生水合反应,促使摩擦接触表面变得非常平滑,从起到降低摩擦因数,在一定程度上减少磨损的作用。     

蛇类表皮的生物摩擦学性能研究

使用自行设计的一种往复运动的微摩擦测试装置,考察不同介质环境下,蛇类表皮及其表皮的摩擦特性。研究结果表明:在干摩擦下,蛇向后运动时的摩擦因数是前向运动的摩擦因数的1.2~4.1倍;在液体环境下向前运动时的摩擦因数是向后运动的摩擦因数的1.2~2.55倍,表现出摩擦各向异性。液体环境下,蛇类自身的分泌物在蛇运动时形成了以边界膜和流体膜为主的混合润滑,且边界膜破裂的概率不大。当蛇表皮面由于弹性变形或其它原因使表面速度随位置而变化时因各断面的流量不同而产生压力流动,从而在液体环境下,向后运动的摩擦力逐渐减小,甚至小于向前运动的摩擦力。     

Ag掺杂对TiO2纳米薄膜结构及摩擦学性能的影响

采用溶胶凝胶法在普通载玻片上制备了TiO2和Ag/TiO2纳米结构薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、X光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)及UMT-2摩擦试验机,考察了Ag掺杂量对薄膜组成结构、表面形貌及摩擦学性能的影响。实验结果表明,Ag掺杂量对TiO2薄膜表面形貌和减摩抗磨性能产生重要影响,低掺杂时Ag自润滑性能对薄膜摩擦性能的增强作用占主导,而高掺杂时其对薄膜的影响主要表现为恶化表面,从而导致摩擦性能下降。本研究测试条件下,掺杂量为5.0%(摩尔分数)时具有最佳的耐磨寿命和最低的摩擦因数。     

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.     

MoS_2基复合润滑薄膜的制备及其摩擦性能

采用磁控溅射法在不锈钢基体上制备了MoS2/Ni复合润滑薄膜,研究了添加DLC(类金刚石薄膜)中间层对于MoS2/Ni复合薄膜的影响,探讨了复合润滑薄膜的减摩机理;使用EDS与XRD测定了复合薄膜的主要成分和物相结构,使用多功能摩擦试验机测定了薄膜的摩擦因数.结果表明:复合薄膜的主要成分为MoS2和Ni;薄膜中主要晶面为平行于基面的(002)晶面;复合薄膜的摩擦因数在0.06～0.18之间变化,且在高速重载的环境下具有更低的摩擦因数和更高的摩擦稳定性;中间层的加入进一步降低了复合薄膜的摩擦因数,达到0.04左右.     

环境介质对UHMWPE纤维织物复合材料摩擦学性能的影响

采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维织物复合材料在干摩擦及在海水、机械油介质中的摩擦磨损性能,并采用扫描电子显微镜对其磨损表面和摩擦对偶表面进行观察和分析。结果表明,海水和机械油可以分别在对偶表面形成软质薄膜和润滑膜,起到了减摩作用;同时,水分子和油分子会渗入到复合材料内部,降低纤维与树脂间的黏接强度,导致复合材料抗磨性能的降低。