镁合金微弧氧化膜上不同功率磁控溅射制得复合膜的摩擦学性能研究

为进一步改善镁合金微弧氧化膜的摩擦学性能,在该微弧氧化膜上,采用磁控溅射技术,在不同功率下沉积碳膜,制备碳含量不同的微弧氧化/磁控溅射复合膜。利用拉曼光谱仪检测膜层中碳结构,采用扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)考察膜层摩擦磨损前后微观形貌、元素组成、分布及含量;应用球-盘摩擦试验机研究膜层摩擦学性能。结果表明：利用磁控溅射技术在镁合金微弧氧化膜表面沉积的碳膜,部分地封闭了微弧氧化膜微孔,减小了微孔孔径和微孔数量,降低了膜层表面粗糙度。复合膜在摩擦磨损过程中,摩擦系数较小,磨痕较窄且浅,磨损率较低,呈现出较优异的摩擦学性能。功率对微弧氧化/磁控溅射复合膜具有明显的影响,高溅射功率下制备的复合膜,由于拥有更光滑的表面,更多地具有自润滑特性的碳,摩擦系数更小,磨痕更窄且浅,磨损率更低,摩擦学性能更为优异,尤其是在高载荷下,可对基体提供更显著的保护。     

基于SPM的花生酸LB膜的拉膜工艺及结构表征的研究

通过扫描探针显微镜（SPM）直接观察沉积在基片表面的花生酸LB（Langmuir-Blodgett）薄膜不同范围尺度下的微观结构.研究在经过表面两亲性（亲水性或疏水性）处理的基片上,在相同的制膜条件下,改变其拉膜沉积方式,对花生酸LB膜样品的表面结构、薄膜均匀性和缺陷等的影响.结果显示,花生酸LB膜在不同拉膜沉积方式下,薄膜表面将形成不同的分子自组装形态;改变基片表面的亲水性强弱也直接影响LB膜的表面形貌的均匀性,可能通过选择恰当表面处理和沉积方式来获得平整度更高,缺陷更少的LB膜.     

多层纳米TiO2薄膜的摩擦学性能研究

采用溶胶-凝胶法在普通载玻片上制备了1-4层纳米TiO2薄膜,使用AFM、SEM及UMT-2MT摩擦试验机等考察了薄膜的表面形貌、磨痕形貌及不同条件下的摩擦学性能.实验结果表明,所制备的薄膜平整、致密并具有良好的减摩抗磨性能.与TiO2/GCr15钢球相比TiO2/Si3N4陶瓷球摩擦副的摩擦学性能更稳定;薄膜的耐磨性能并不随膜层数的增加而增大,2层薄膜具有最佳的摩擦学性能;薄膜的摩擦失效机理主要为严重塑性变形、磨粒磨损和局部脆性断裂.     

工程陶瓷-典型金属摩擦副的摩擦学性能及组合优化

以Si3N4,SiC,ZrO2分别与45钢,GCr15,锡青铜QSn4-3,锡基巴氏合金ZChSnSb8-4组成的摩擦副为研究对象,对微量润滑条件下的工程陶瓷-金属摩擦副进行了摩擦磨损正交实验。结果表明:陶瓷-金属摩擦副整体具有良好的摩擦学性能,摩擦因数为0.1~0.25,陶瓷和金属偶件的磨损率均较低,为10-7 mm3/(N·m)数量级。其中,Si3N4-巴氏合金的摩擦因数最低,SiC-巴氏合金的磨损率最小。Si3N4具有自润滑特性,摩擦表面能够形成氧化膜,使其与金属组合具有较佳的摩擦学性能。锡基巴氏合金作为对磨件,易与陶瓷形成金属化合物润滑膜,其摩擦性能优于其他三种金属,Si3N4-锡基巴氏合金组合摩擦学性能最为优异。     

MB8镁合金疏水/超疏水表面制备与微摩擦特性研究

通过微弧氧化技术在MB8镁合金表面形成微细表面结构,再利用自组装方法在微弧氧化层表面制备1H,1H,2H,2H-全氟葵烷基三氯硅烷(FDTS)自组装分子膜。采用扫描电镜、表面粗糙度仪、X射线衍射仪、表面硬度仪、接触角测量仪和UMT-2型摩擦磨损试验机评价膜层形貌结构、力学特性、润湿性及其微摩擦学特性。结果显示,镁合金表面经微弧氧化处理和自组装分子膜修饰后,表面润湿性经历了由亲水到超亲水再到超疏水的转变过程。超疏水表面的获得是由微弧氧化处理得到的表面粗糙结构和低表面能物质自组装分子膜共同作用的结果。对试样进行摩擦磨损测试的结果显示,致密层和疏松层以及经自组装分子膜修饰后的膜层均具有比镁合金基底更好的抗磨性能;基于自组装技术制备的疏水、超疏水表面形成的边界润滑膜在一定载荷条件下均能有效地减少基底的摩擦系数,边界润滑膜失效后,基底表面特性占主导地位。     

三明治型酞菁铽LB膜的制备研究

采用表面压-面积（π-A）等温曲线和紫外-可见吸收光谱研究了三明治型酞菁铽（TbPcPc＊）分子在langmuir膜及其langmuir-blodgett（LB）膜中分子的存在状态和光谱特性．实验结果发现TbPcPc＊分子在亚相表面可以形成稳定的langmuir膜，在langmuir中以edge-on方式面对面的排列，且具有较好的成膜性能，可以制成多层X型LB膜。TbPcPc＊分子在氯仿溶液和LB膜中形成了H-聚集体，形成LB膜后，由于双酞菁分子之间排列紧密，相互作用加强，使得薄膜中分子聚集体的吸收峰相对于溶液中聚集体的吸收峰发生了一定的红移。     

Si_3N_4球表面DLC膜在干摩擦条件下的摩擦学性能分析

采用非平衡磁控溅射技术在Si3N4球及高速钢基体上制备了类金刚石(DLC)膜。采用UMT-II型球盘式摩擦磨损试验机分别考察了Si3N4球、镀DLC膜Si3N4球及GCr15球的摩擦学性能,并分析了不同滑动速度和载荷下Si3N4球表面DLC膜的摩擦学性能。研究结果表明:Si3N4球的摩擦系数及磨损率约为GCr15球的一半,但因Si3N4球脆性较大,在摩擦过程中摩擦接触表面容易剥落;Si3N4球表面镀DLC膜能有效地改善Si3N4球脆性大的弱点,并具有良好的减摩作用;Si3N4球表面DLC膜所组成摩擦副的平均摩擦系数随着载荷的增加而增大;随着速度的增加摩擦副的摩擦系数先增大而后减小,滑动速度对摩擦副摩擦系数的影响比载荷明显。实验结果表明Si3N4球表面镀DLC膜适合于高速轻载的工况。     

基于碳纳米管的LB膜制备技术

采用混酸处理法对碳纳米管进行了羧化改性，然后进一步运用十八胺双性分子对羧化改性后的碳纳米管进行了表面修饰，深入探讨了基于双性分子表面改性后碳纳米管的LB膜制备过程，并分析了其制备工艺中超声时间、酸量和氧化处理等实验参数对羧化改性的影响，制备出了基于碳纳米管的单层及多层LB膜。初步研究了硅基底表面碳纳米管LB膜的减摩性能．实验结果表明，带有双性分子的十八胺可通过一定的实验条件连接到碳纳米管表面，通过双性分子的亲油性而有效改善碳纳米管在有机溶剂中的溶解性，为碳纳米管LB膜的制备提供了必要条件；此种碳纳米管LB膜可在低载荷下，将硅基底的耐磨性能提高50％以上．     

类金刚石薄膜的摩擦学特性及磨损机制研究进展

类金刚石薄膜已显示了重要的摩擦学应用价值,其中化学气相沉积的类金刚石薄膜(DLC)具有膜层致密、厚度均匀、摩擦学性能优良等特点成为广泛采用的一种沉积方法.本文介绍了气源成分、基体材料、摩擦环境、摩擦对偶、载荷及速度对化学气相沉积制备类金刚石薄膜的摩擦学特性的影响,概述了其摩擦磨损机理,同时探讨了进一步研究工作的方向.     

具有低摩擦因数的a-C:H薄膜研究

a-C:H薄膜有内应力大、热稳定性差、大气环境下摩擦因数高（0.1～0.4）等一些固有缺陷。采用等离子体辅助化学气相沉积技术,以乙炔和六甲基二硅氧烷为反应前驱体制备了具有低摩擦因数的硅氧共掺a-C:H薄膜。利用扫描电镜、拉曼光谱、纳米压痕及划痕分别研究了薄膜的微观结构和力学性能。结果表明,硅氧共掺a-C:H薄膜具有典型的非晶碳结构,并且展现出较高的硬度和弹性模量以及良好的膜基结合力,大气下的摩擦因数介于0.04～0.08之间,气压为10 kPa和5 kPa时摩擦因数可低至0.02。薄膜的低摩擦性能主要来源于薄膜本身的特性（硅氧的掺杂）和服役环境中大气压力的共同作用。     

仿生多孔润滑耐磨CF/PTFE/PEEK复合材料的设计及其摩擦学性能

采用模压-滤取和高温真空熔渍工艺制备了自身发汗式润滑耐磨多孔CF/PTFE/PEEK复合材料。考察了造孔剂(NaCl)、PTFE的含量及炭纤维层间间距对多孔PEEK复合材料结构和摩擦学性能的影响。结果表明,当PTFE含量为20%(质量分数,下同)、NaCl为30%、炭纤维层间间距为0.4mm所得多孔CF/PTFE/PEEK复合材料摩擦因数和磨损率最低,200N下摩擦因数、磨损率分别为0.0192,3.47×10-16 m3/Nm,较经典CF/PEEK复合材料摩擦因数降低了9倍,耐磨性提高了25倍。原因在于复合材料中PTFE能形成连续的转移膜,降低了材料摩擦因数;NaCl形成的多孔结构能储存住一定润滑油脂,摩擦过程中在载荷和温度的作用下能形成稳定润滑油膜,明显降低了材料磨损量;炭纤维布起到支撑骨架作用,并协同PTFE,NaCl提高多孔PEEK复合材料摩擦磨损性能。     

M_(N+1)AX_N相及其复合材料的摩擦学性能研究进展

MN+1AXN相是一类三元层状化合物,其特殊的价键结构和晶体结构使其同时具备了金属和陶瓷的优异性能.然而其摩擦学性能受多种因素影响,例如滑动速率、载荷、温度、偶件种类等.常温较低滑动速率下,其摩擦学性能较差,较高的摩擦系数和磨损率源于多晶态MN+1AXN中MN+1AXN晶粒的断裂和脱落,并且多数情况下伴随着材料的转移与粘附.而在较高的滑动速率或者较高的温度下,MN+1AXN也能表现出较优异的摩擦学特性,这主要是因为摩擦过程中其表面生成了光滑致密的氧化物润滑薄膜.这层氧化物薄膜起到了减摩抗磨作用.综述了目前MN+1AXN相及其复合材料摩擦学方面的研究,提出了使MN+1AXN相在宽温度范围具有优异摩擦磨损性能的方法.     

热挤压AlSiPb合金磨损表面膜的作用及组成

为探讨Al-Pb轴承合金的磨损机理,研究了热挤压Al-Si-Pb轴承合金的磨损表面膜作用及组成.研究表明:磨损载荷在240～280 N时,摩擦因数与载荷关系曲线中出现一低谷,磨损率与载荷关系曲线中出现一高原现象,观察发现,在此载荷范围内磨损试样表面形成了一层黑色膜,黑色膜降低了Al-Si-Pb合金的摩擦因数和磨损率;能谱分析表明黑色润滑膜中含有Al、Al2O3、Fe2O3、PbSiO3和Si等物质.     

Si3N4球/DLC膜摩擦副在真空环境下的摩擦学行为研究

采用非平衡磁控溅射技术在高速钢基体上制备了类金刚石(DLC)膜。采用球盘式摩擦磨损试验机考察了DLC膜在大气和真空环境干摩擦条件下的摩擦学性能,并比较分析了GCr15钢球和Si3N4球不同摩擦配副对DLC膜的摩擦学性能。采用光学显微镜及扫描电镜观察了摩擦副的磨损表面形貌。研究结果表明:由于转移膜的形成Si3N4球/DLC膜摩擦副在大气下具有良好的摩擦学性能;而在真空条件下摩擦副易发生明显的粘着磨损,使摩擦系数、磨斑增加,磨损表面上存在着较多的片状磨屑和微米级颗粒。     

低摩擦长寿命类富勒烯碳基薄膜的制备及其摩擦学特性

以甲烷(CH4)为前躯体,利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在单晶硅〈n-100〉基底表面制备含氢类富勒烯碳基薄膜(FL-C∶H)。采用高分辨透射电镜(HRTEM)、拉曼光谱仪(LABRAM)和多功能X射线光电子能谱仪(XPS)对薄膜及磨屑结构进行表征;利用摩擦磨损试验机、扫描电子显微镜(SEM)分别测试薄膜的摩擦学性能和观察磨屑的微观形貌。结果表明,所制备的碳基薄膜具有类富勒烯纳米结构,且磨屑的显微结构亦呈现类富勒烯结构的特征。同时,类富勒烯纳米结构的碳基薄膜具有优异的摩擦学性能,与传统非晶类金刚石薄膜相比,其磨损寿命显著提高,在载荷为30N、摩擦速率为0.1m/s下薄膜的磨损寿命为3 538.2m,摩擦系数低至0.012左右,显示出长寿命低摩擦特性。     

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。     

聚酰亚胺薄膜的制备及其摩擦学性能研究

通过浸渍得到了聚酰胺酸薄膜,采用适当的方法对薄膜进行处理之后再进行热亚胺化得到聚酰亚胺薄膜.用DF-PM型动静摩擦系数精密测定装置考察所得到的聚酰亚胺薄膜的摩擦学性能.用SEM考察了聚酰亚胺薄膜的磨痕形貌和对偶Si3N4陶瓷球表面的转移膜的形貌.结果表明,聚酰亚胺薄膜在与Si3N4陶瓷球对磨时,由于在摩擦过程中,聚酰亚胺能够在对偶面上形成均匀的并且低剪切强度的转移薄膜,因此表现出了优异的减摩与抗磨性能.聚酰亚胺薄膜的摩擦和磨损行为主要取决于薄膜的制备条件.     

Ti6Al4V表面离子束辅助沉积DLC薄膜及其摩擦学性能研究

利用离子束辅助沉积(IBAD)的方法来制备含氢DLC薄膜,在球-盘微摩擦试验仪上对DLC薄膜及Ti6Al4V分别与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)组成的摩擦副的摩擦学性能进行了研究.结果表明:在Ti6Al4V球表面用离子束辅助沉积技术可以沉积DLC薄膜,所制备的DLC薄膜能有效地减小摩擦系数,改善摩擦学性能,在干摩擦下DLC薄膜表现出一定的减摩作用,在生理盐水润滑的条件下,DLC薄膜具有优异的减摩作用.     

纳米金属/层状硅酸盐复合润滑添加剂的摩擦学性能

采用机械化学法制备了纳米铜/蛇纹石复合润滑材料,利用微动摩擦磨损试验机考察了其作为润滑油添加剂的摩擦学性能,借助纳米压痕仪（nano-in-denter）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散谱仪（EDS）及光电子能谱仪（XPS）对磨损表面进行了表征,探讨了减摩抗磨机理。结果表明复合润滑材料具有优异的摩擦学性能,其摩擦因数及磨损率分别较基础油降低约16.4%和69.2%。复合润滑剂颗粒参与了摩擦界面复杂的理化作用,形成了致密光滑的保护膜,主要由Fe、Si等元素组成,具有较高的微观力学性能,提高了摩擦表面的磨损抗力,显著地降低了摩擦磨损。     

水润滑复合材料轴承的摩擦学性能试验研究

针对水润滑复合材料轴承的摩擦学性能开展实用性实验研究。采用新型聚四氟乙烯复合材料制备水润滑轴承,并测试其在水润滑条件下的摩擦学性能,给出摩擦因数随外载荷、转速、供水量和径向间隙之间的变化规律。研究结果表明：外载荷和转速对摩擦性能有着较大的影响,同时,存在最佳供水量和最佳半径间隙使得轴承的摩擦因数最小、磨损最少。研究结果对新型复合材料水润滑轴承的结构设计与优化具有一定的指导意义。