聚四氟乙烯/纳米氮化钛复合材料的摩擦磨损性能研究

利用摩擦磨损试验机考察了填料含量及载荷对纳米氮化钛(TiN)填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌,探讨了磨损机理。结果表明,纳米TiN可以提高PTFE的硬度和耐磨性,当纳米TiN质量分数为7%时,PTFE纳米TiN复合材料的磨损量最小;随载荷的增大,PTFE/TiN复合材料的磨损量增加。PTFE纳米TiN复合材料的摩擦因数比纯PTFE小。     

调制比对磁控溅射Ti/TiN多层膜组织结构和结合力的影响

通过固定薄膜厚度与调制周期,改变Ti与TiN调制比(分别为1∶3、1∶5、1∶9和1∶11),采用反应磁控溅射法在硅片上制备Ti/TiN多层膜,研究调制比对薄膜微观组织结构及薄膜与基体结合力的影响。用X射线衍射仪(XRD)分析薄膜的晶体结构,用扫描电镜(SEM)观察薄膜的形貌,用纳米压痕仪测试薄膜的硬度,用纳米划痕仪测试薄膜与基体之间的结合力。结果表明:多层膜中TiN出现(220)晶面择优取向,Ti/TiN薄膜为柱状晶方式生长。柱状晶的细化程度随调制比的变化而发生周期性变化,柱状晶组织细化程度高的样品具有更高的硬度,但结合力更低。     

高能量密度脉冲等离子枪在硬质合金刀具上沉积高硬耐磨涂层研究

用高能量密度脉冲等离子体枪，于室温下在硬质合金刀具基体上分别成功沉积了硬度高、耐磨损、膜基结合力强的TiN、TiCN和TiAlN薄膜。在优化的工艺条件下，所得TiN、TiCN、TiAlN薄膜纳米硬度分别可达27GPa、50GPa和38GPa；杨氏模量分别可达450GPa、550GPa、650GPa。纳米划痕实验临界载荷分别达90mN、110mN和100mN以上。切削实验表明，涂层刀具可用于高速切削，刀具后面磨损明显减小。刀具力学性能的改善归因于更优异力学性能涂层的沉积、良好的膜基结合力以及涂层特殊的显微结构。     

基于多弧离子镀TiAlCN涂层的结构、力学及切削性能研究

为提高硬质合金刀具的切削加工性能，研究基于多弧离子镀技术在316L不锈钢及硬质合金(WC/Co)刀具表面制备了C掺杂TiAlCN涂层。首先采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)分析了TiAlCN涂层的表面形貌、元素成分、物相结构、碳峰位及化学态信息；然后通过二维触针轮廓仪、三维光学轮廓仪、纳米压痕仪及摩擦磨损试验机表征了TiAlCN涂层的表面粗糙度、三维形貌、纳米硬度、弹性模量及摩擦系数；最后利用高速切削测试验证了TiAlCN涂层的切削加工性能。结果表明：TiAlCN涂层表面致密光滑，无针孔、凹坑等缺陷，表面粗糙度Ra为0.066μm;TiAlCN涂层的物相组成复杂，主要为TiN、Ti(C,N)及Ti₃Al(C,N)，且涂层中形成了以sp²及sp³形式杂化的非晶碳；TiAlCN涂层的纳米硬度(H)、弹性模量(E)及H/E、H³/E²分别为34.18 GPa、398.57 GPa及0....     

磁控共溅射法在聚碳酸酯柔性基底镀TiN研究

在较低的温度下,采用磁控溅射工艺在聚碳酸酯(PC)表面制备了TiN薄膜。应用激光共聚焦显微镜(CLSM)和X射线衍射仪(XRD)等研究了薄膜制备工艺对薄膜的表面微观形貌和晶质成分影响。结果表明:随着基底温度的升高,溅射的薄膜厚度和表面粗糙度增大。溅射的薄膜中,晶粒呈圆锥形,随着N_2含量的增加,溅射的薄膜粗糙度逐渐下降,晶粒较小,分布较均匀。XRD衍射结果表明,溅射的薄膜晶质成分为TiN。     

氮氩流量比对玻璃基TiN薄膜的结构和硬度的影响

采用直流磁控溅射镀膜工艺,在不同的氮氩流量比条件下,制备了玻璃基TiN薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM、EDS)、纳米显微硬度仪,研究了TiN薄膜的组织结构、物相组成、表面形貌、元素成份、维氏硬度,分析了氮氩流量比对TiN薄膜结晶取向、硬度的影响机理.结果表明,在低的氮氩流量比条件下,TiN薄膜以(111)晶面择优取向;随着氮氩流量比增加,择优取向由(111)晶面向(200)晶面过渡;氮氩流量比为1∶2时薄膜以(200)晶面择优取向;继续增加氮氩流量比(1∶2 ～2∶1),TiN薄膜衍射峰强度降低,晶粒尺寸减小;当氮氩流量比增加到2∶1时,薄膜开始呈现非晶态.随着氮氩流量比的增加,薄膜硬度呈现先增加后减小的趋势;当氮氩流量比为1∶1时,TiN薄膜以(200)晶面择优取向结晶,组织致密均匀,晶粒尺寸最小,具有最大的硬度值(825 HV),相比未镀膜的玻璃基片,硬度值增加了20.44％.     

TiB_2/TiN/WC复合陶瓷刀具材料力学性能及其摩擦磨损性能

为优化WC含量,使TiB_2/TiN/WC具有更好的综合机械性能,研究了TiB_2/TiN/WC中WC含量对的微观结构、力学性能、摩擦磨损性能的影响。结果表明:合适WC含量不仅能细化基体晶粒,还能通过断裂模式转变及晶粒拔出提高TiB_2/TiN/WC复合材料(BNC)力学性能,TiB_2/TiN/20wt.%WC(BNC2)比TiB_2/TiN(BNC0)抗弯强度、断裂韧性、维氏硬度分别提高了27.7%、30.4%、9.0%;随载荷增大,TiB_2/TiN/WC摩擦系数减小,磨损率增长趋势减缓。在50 N下,磨损表面生成的TiO_2、B_2O_3氧化薄膜能提高复合材料减摩耐磨性能,BNC0主要磨损机制为磨粒磨损与粘着磨损,BNC2主要磨损机制为磨粒磨损。     

溅射靶功率对类金刚石碳薄膜的结构和性能影响

为改善304不锈钢的性能,扩展其应用范围,采用磁控溅射技术在不同溅射靶功率下激发高纯石墨靶在p(100)单晶硅和304不锈钢表面沉积类金刚石碳薄膜。文章对所制备的系列类金刚石碳薄膜作了Raman光谱、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、断口形貌的场发射电镜(FESEM)表征,并评价了其纳米硬度与摩擦磨损行为。结果表明:所制备的类金刚石碳薄膜为典型的非晶态微结构;随着靶功率的增大,类金刚石碳薄膜的sp3键含量先增多后减少,表面粗糙度先降低后升高,硬度与弹性模量先升高后降低;靶功率200 W时类金刚石碳薄膜取得最优性能,纳米硬度为11.4GPa,弹性模量为129.3GPa,摩擦系数为0.17,磨损率为5.2×10-7 mm3(N·m)-1。     

氮氩流量比与基底温度对射频溅射TiN薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射技术,以纯钛为靶材,氮气为反应气体,通过改变氮氩流量比与基底温度在304不锈钢及玻璃表面制备了不同的TiN薄膜.利用能谱仪、扫描电镜、台阶仪、四探针仪、划痕仪和纳米压痕仪对制备的所制薄膜的氮钛原子比、表面形貌、沉积速率、方块电阻、膜基结合力和纳米硬度进行表征.结果表明:随着氮氩流量比的增大,TiN的形貌先由四面锥体凸起结构逐渐过渡至柱状晶体堆积结构,然后转变为稀疏的液滴状颗粒结构,直至平整光滑,致密均匀.在氮气和氩气的流量分别为5.0 mL/min和50.0 mL/min的条件下,基底温度25～400°C范围内制备的TiN薄膜的结合力介于135.4 mN与210.2 mN之间.当基底温度为300℃时,薄膜的沉积速率最大,颜色最接近金黄色,氮钛原子比最接近1,结合力和纳米硬度也都最大.     

纳米氮化物填充PTFE复合材料的性能研究

对纳米AlN、Si3N4、TiN填充的聚四氟乙烯(PTFE)复合材料进行了力学性能与摩擦磨损性能测试,研究了纳米粒子种类和含量对PTFE力学性能和摩擦磨损性能的影响,用扫描电子显微镜(SEM)对拉伸断面形貌进行观察,探讨了复合材料的相关机理。研究结果表明,纳米AlN、Si3N4、TiN的填充均能提高PTFE的硬度和耐磨性;PTFE纳米复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均有所下降,PTFE/TiN复合材料的降幅最小;3种纳米填料均使PTFE的冲击强度下降,PTFE/TiN和PTFE/Si3N4复合材料冲击强度的降幅较小;SEM分析表明,纳米TiN在PTFE基体中有较好的分散性,与PTFE基体界面结合较好,纳米AlN、Si3N4在PTFE基体中的分散性较差。     

钛合金基材表面粗糙度对Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜性能的影响

为提高钛合金的抗冲蚀性能,采用真空阴极电弧离子镀技术在不同表面粗糙度(Ra)的TC4钛合金表面制备了Ti/Ti N/Zr/Zr N多层膜。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、划痕仪和砂粒冲刷试验仪分析了多层膜的截面形貌、微观结构、厚度、显微硬度、结合力和抗砂粒冲刷性能。重点研究了基体表面粗糙度对多层膜的结合力和抗砂粒冲刷性能的影响。结果表明,所得Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜厚度约为12μm,显微硬度大于3 000 HV,能显著地提高TC4钛合金基材的抗砂粒冲刷性能。在相同工艺条件下,基体表面粗糙度越小,其表面膜层的结合力和抗砂粒冲刷性能越佳。为获得综合性能良好的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜,TC4钛合金基体的表面粗糙度必须控制在≤1.60μm。     

TiN/Si3N4复合材料的磁控溅射制备及其电性能研究

利用直流反应磁控溅射法在Si3N4陶瓷基体上制备了TiN导电薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电子能谱(EDS)对薄膜的物相组成以及表面形貌进行分析,表明TiN薄膜均匀,且与基体有较强的附着力。采用SZ82型四探针测试仪对薄膜进行了方阻随厚度变化的分析,表明薄膜的厚度对薄膜的电性能有很大的影响。     

发动机挺柱沉积类金刚石薄膜的工艺及性能

采用磁控溅射法,以Cr、Ti和石墨为靶材,Ar、N2和CH4为溅射气体,在材料为20CrMo的发动机挺柱上利用多层梯度复合技术沉积了低摩擦类金刚石(DLC)薄膜复合层CrTi/CrTiN/CrTiC/DLC。该薄膜复合层的纳米压痕硬度高达13GPa,结合力为50N,表面粗糙度为0.398nm。在SRV-IV微动摩擦磨损试验机上进行耐磨损试验后,DLC复合薄膜挺柱的磨损率为渗碳挺柱的1/6。该研究技术具有自主知识产权,实现了挺柱批量化覆膜加工,并有望在发动机主要摩擦副上推广应用。     

二氧化钛/聚丙烯酸酯纳米复合物的光聚合动力学研究

研究了以Span85/Tween80为表面活性剂的反胶束溶胶-凝胶法光聚合原位合成TiO2/聚丙烯酸酯纳米复合薄膜,考察了影响纳米复合薄膜光聚合反应速率的因素,并用原子力显微镜(AFM)对纳米复合薄膜的表面形态进行了表征。实验结果表明,减少溶水量和钛酸丁酯浓度、增大光引发剂浓度会增大复合薄膜光聚合反应速率和最终转化率。AFM结果表明平均尺寸为25 26nm的无机TiO2粒子均匀分散在有机相基体中,二氧化钛/聚丙烯酸酯复合薄膜的表面粗糙度参数Ra、Rz和Ry分别为1 529～2 263、4 691～16 69nm和10 60～18 97nm,表明所合成的纳米复合薄膜的表面粗糙度低,表面光滑平整,基本达到了纳米器件对表面精度的要求。     

PE基聚硅氧烷/改性SiO2超疏水薄膜的构筑

使用十八烷基三甲氧基硅烷(OTMS)对纳米SiO2进行表面疏水改性,将得到的改性纳米SiO2(OTMS-SiO2)添加到有机硅树脂(SI)中,然后采用两步法在聚乙烯(PE)薄膜表面固化制备了复合涂层SI/OTMS-SiO2.通过FTIR、1HNMR、29SiNMR、TGA对OTMS-SiO2及复合涂层进行了表征,采用接触角测量仪、SEM、AFM对复合涂层疏水特性和形貌进行了测试和观察,最后对复合涂层的耐磨性和附着力进行了分析.结果表明,SiO2表面成功引入了OTMS,且OTMS-SiO2均匀附着在硅树脂涂层上,增加了表面粗糙度,得到了PE基固化超疏水复合涂层.当OTMS-SiO2添加量为正己烷质量的8％时,制得的复合涂层的水接触角为154°,滚动角为7°,并具有良好的耐磨性,其附着力可达4A等级.     

不锈钢表面金刚石薄膜的制备与力学性能研究

在不锈钢表面沉积金刚石薄膜可以提高其耐腐蚀性、生物相容性、硬度、耐磨性,延长使用寿命,在食品和医疗器械等制品中有着广阔的应用前景。然而,在不锈钢表面直接沉积金刚石薄膜存在铁(或镍)催石墨化、应力大和易脱落的问题。我们针对这些问题开展了系统深入的研究,发展了多种在不锈钢表面沉积金刚石薄膜的新方法。如通过喷砂处理奥氏体不锈钢使其表层组织转变为热膨胀系数更小的马氏体,有效降低了金刚石薄膜的应力,提高了附着力;发展了高功率形核和低功率生长的二步降功率工艺,缓解了薄膜在高功率降温至低功率过程中的热应力;以Cr/CrSiN、Al/AlSiN等三元纳米晶/非晶复合薄膜为过渡层,通过调控界面结构和成分,在不锈钢表面制备出高结合力的致密金刚石薄膜。相关工作对于实现金刚石薄膜在不锈钢表面的应用具有较重要的意义。     

退火对磁控溅射AlCrNbSiTiV高熵合金氮化薄膜性能的影响

研究了退火温度对磁控溅射AlCrNbSiTiV高熵合金氮化薄膜组织与性能的影响。通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和纳米压痕仪考察了薄膜的形貌、元素含量、物相成分和显微硬度。通过干式切削304不锈钢,考察了镀膜TNMG160404R刀具的刀腹磨损和切削工件的表面粗糙度,比较了退火前后镀膜刀具的切削性能。结果表明:磁控溅射AlCrNbSiTiV高熵合金氮化薄膜的主要是面心立方晶相结构,具有良好的高温稳定性。退火温度为600℃时,薄膜显微硬度高,刀具磨损小,切削工件的表面粗糙度低。     

石墨表面磁控溅射钛膜的结构与工艺参数研究

为解决石墨表面制备的不粘涂层结合力低的问题，可采用钛薄膜作为过渡层以提高结合力。本文采用磁控溅射技术在石墨基片表面制备钛薄膜，通过优化溅射工艺参数，提高钛薄膜的附着力。通过正交试验设计研究溅射功率、溅射气压和沉积时间对钛薄膜组织结构、表面粗糙度以及附着力的影响。利用扫描电镜（SEM）等分析了钛薄膜的微观形貌、物相结构及表面粗糙度，进行划格试验评估了薄膜的附着力。研究得到优化工艺参数为：溅射功率200 W，溅射气压1.2 Pa，沉积时间50 min。薄膜微观呈现岛状结构，颗粒尺寸约150 nm。钛薄膜为密排六方α-Ti结构，沿（002）晶面择优生长，这可能与石墨基体的片层状结构有关。溅射工艺参数的优化可以有效提高钛薄膜与石墨基体的附着力。     

基于多糖交联的层层自组装抗菌膜制备及表征

采用多糖聚合物壳聚糖(CHI)、羧甲基纤维素(CMC)和纤维素纳米晶(CNC)为成膜材料,借助静电相互作用为驱动力的层层自组装(LBL)技术,进而通过多糖分子间化学交联提升薄膜稳定性,设计制备了一种CHI/CMC/CNC纳米复合薄膜,并考察了其抗菌性能。通过扫描电子显微镜、台阶仪、傅里叶变换红外光谱仪和接触角测量仪分别对薄膜表面形貌、厚度、粗糙度、材料构成和表面浸润性进行综合表征。结果表明,层层自组装多层膜被成功制备,(CHI/CMC)₂₀-(CHI/CNC)₅膜厚度约为702.6 nm,原始水滴接触角为48.8°,化学交联后变为14.7°。细胞毒性测试表明多糖交联的CHI/CMC/CNC薄膜具有高度生物相容性。来自动物多糖的正电壳聚糖和亲水表面赋予了多糖交联薄膜良好的抗菌性能,其能显著抑制大肠杆菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)和白色念珠菌(C.albicans)的表面黏附、聚集和生长。     

MWCNTs/有机硅改性丙烯酸酯纳米涂料的制备及性能研究

以有机硅改性丙烯酸酯乳液为基体,经KH-570表面改性处理的多壁碳纳米管(MWCNTs)为功能性填料,制备了MWCNTs/有机硅改性丙烯酸酯纳米涂料。通过不同的表征测试手段研究了纳米涂料的导热、耐酸碱腐蚀和附着力等性能。研究结果表明:改性MWCNTs的添加可显著改善纳米涂料的导热和耐酸碱腐蚀性能,同时使其保持优良的铅笔硬度和附着力;当w(改性MWCNTs)=4.0%(相对涂料总质量而言)时,涂膜的导热、耐酸碱腐蚀和力学性能均较佳。