掺碳TiB2薄膜/钢摩擦副的干摩擦磨损性能

采用室温磁控溅射技术成功地在钢(Cr12MoV)基材表面制备出TiB2/SiC双层薄膜及掺碳TiB2(TiB2-C)/SiC双层薄膜,SiC薄膜为中间层。研究了掺碳对TiB2薄膜组织结构和摩擦磨损性能的影响。结果表明:SiC薄膜与基材和TiB2,TiB2-C薄膜间都具有明显且呈梯度的元素扩散;掺入的C以sp3C-C和sp2C-C形式存在,即以类金刚石形式存在;与钢球(直径为4 mm)对摩、干摩擦条件下,TiB2薄膜和TiB2-C薄膜的磨损速率在105mm3/(m.N)级,掺C明显降低了薄膜的摩擦系数(从0.82降低到0.45,5 min)和对对摩件(钢)的元素转移。分析表明,摩擦磨损性能的提高主要是TiB2-C薄膜中的C起到了固体润滑作用所致。     

掺氮类金刚石薄膜的微观结构和光学特性研究

采用射频等离子增强化学气相沉积法( PECVD)制备掺氮类金刚石薄膜(DLC:N),通过原子力显微镜,拉曼光谱和椭圆偏振光谱等对试验样品进行研究,实验结果表明,在薄膜中,氮元素主要以C=N键的形式存在,起到了降低薄膜内应力,提高薄膜附着力的作用;此外,通过控制掺氮量可以制得折射率在1.85～1.6范围内的DLC薄膜.     

不同摩擦副条件下二硫化钼薄膜的摩擦学性能研究

为了研究MoS₂-Ti薄膜与9Cr18钢、W-DLC和DLC薄膜的摩擦学行为，分别采用磁控溅射技术和等离子体增强化学气相沉积技术在9Cr18钢表面沉积了MoS₂-Ti薄膜、W-DLC和DLC薄膜。用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)研究了薄膜的表面形貌、化学成分和相组成。利用纳米压痕仪和球-盘摩擦试验机对不同薄膜的纳米硬度和摩擦学性能进行了分析。研究结果表明，MoS₂-Ti薄膜与DLC薄膜的摩擦因数和磨损率最小。相比MoS₂-Ti薄膜与不镀膜的9Cr18钢球摩擦副，MoS₂-Ti薄膜与W-DLC薄膜摩擦副的摩擦因数和磨损率没有减小。MoS₂-Ti薄膜与W-DLC薄膜摩擦副的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损，与DLC薄膜摩擦副的磨损机制为黏着磨损。摩擦副表面沉积DLC薄膜有助于降低MoS₂-Ti薄膜的摩擦因数和磨损率。     

钛合金表面磁控溅射TiB2-TiN复合薄膜的摩擦磨损性能

采用室温磁控溅射技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备SiC/TiB2-TiN双层薄膜,SiC为中间层,研究了TiB2-TiN复合薄膜的组织结构和摩擦磨损性能.结果表明,TiB2-TiN复合薄膜具有纳米尺度颗粒(畴)的微结构特征,SiC薄膜与基材和TiB2-TiN复合薄膜间都具有明显且呈梯度的元素扩散;在载荷200g、室温Kokubo人体模拟体液条件下,与氮化硅(Si3N4)球(直径4mm)对摩,其平均摩擦系数约为0.22,磨损速率在10-6mm3/(m·N)级;并且TiB2-TiN复合薄膜对Kokubo人体模拟体液中的Ca、P元素具有很强的黏附能力.     

环境气氛对类金刚石薄膜摩擦学行为的影响

用射频等离子体化学气相沉积法(RF-PECVD)制备了含氢类金刚石薄膜(DLC).采用表面轮廓仪和纳米压痕仪分别测量膜的厚度和硬度.通过控制摩擦环境气氛对DLC薄膜和钢球对磨的摩擦系数进行了系统研究.利用光学显微镜和扫描电镜(SEM)分析了磨痕及磨斑的形貌,对DLC薄膜在不同气氛下的摩擦现象进行了表征和解释.结果表明,DLC薄膜的摩擦学行为与气氛中的O2、H2O和N2有关,其中N2的存在是DLC薄膜具有超低摩擦系数的重要原因.     

工况参数对类金刚石膜摩擦学性能的影响

采用非平衡磁控溅射技术在高速钢基体上以C2H2为反应气源制备了含氢类金刚石(DLC)膜.使用激光拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪和原子力显微镜分析和观察了DLC膜的微观结构及表面形貌,结果表明:DLC膜表面由纳米级别的圆形颗粒堆积而成,其结构呈现出DLC的典型Raman光谱特征,薄膜中的碳元素主要以sp2C键、sp3C键和C-O键的形式存在.以G Cr15钢球为摩擦配副,在球盘式摩擦磨损试验机上考察了DLC膜在大气干摩擦条件下的摩擦学性能.实验结果发现:在摩擦初始阶段,DLC膜的摩擦系数从实验开始到达峰值的时间随着载荷和速度的增大都是减少的;而在摩擦稳定阶段,DLC膜的平均摩擦系数随着载荷和速度的增大先减小后增大;速度对DLC膜摩擦系数的影响比载荷更加显著.用扫描电子显微镜观察了磨痕形貌并分析了磨损机理:DLC膜的磨损特征主要为以犁沟现象为主的粘着磨损.随着速度的增加,磨痕表面犁沟现象变弱;而随着载荷的增加,磨损表面的犁沟现象变明显.     

使用梯度过渡层的掺Cr碳膜的显微组织特征

为了探究C、Cr两种主要成膜元素在非晶碳膜中的存在和分布状态,采用非平衡磁控溅射离子镀技术制备出了具有梯度过渡层的掺Cr碳膜,利用高分辨透射电子显微术(HRTEM)分析了薄膜的显微组织.结果表明,沉积在硅晶片上的纯Cr底层具有典型的柱状晶结构,其上的梯度过渡层则由各种形态的Cr纳米晶和富碳非晶基质构成.沿薄膜生长方向,随着Cr含量逐渐降低,过渡层中的Cr纳米晶依次形成层片晶、岛状晶和微晶.掺Cr碳膜的工作层则是一种非晶的纳米多层膜.膜中的C始终以非晶态存在,所观察到的结晶相均属金属Cr,同时纯Cr层柱状晶和过渡层中的各种Cr纳米晶都不同程度地具有(110)晶面的择优取向.     

基片温度对强流脉冲离子束烧蚀等离子体沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用强流脉冲离子束 (High intensitypulsedionbeam HIPIB)烧蚀等离子体技术在Si(1 0 0 )基体上沉积类金刚石 (Dia mond likecarbon DLC)薄膜 ,基片温度的变化范围从 2 5℃ (室温 )到 40 0℃。利用Raman谱、X射线光电子谱 (XPS)、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜 (AFM)研究基片温度对DLC薄膜的化学结合状态、表面粗糙度、薄膜显微硬度和薄膜内应力的影响。根据XPS和Raman谱分析得出 ,基片温度低于 30 0℃时 ,sp3C杂化键的含量大约在 40 %左右 ;从 30 0℃开始发生sp3C向sp2 C的石墨化转变。随着沉积薄膜时基片温度的提高 ,DLC薄膜中sp3C的含量降低 ,由 2 5℃时 42 .5 %降到 40 0℃时 8.1 % ,XRD和AFM分析得出 ,随着基片温度的增加 ,DLC薄膜的表面粗糙度增大 ,薄膜的纳米显微硬度降低 ,摩擦系数提高 ,内应力降低。基片温度为 1 0 0℃时沉积的DLC薄膜的综合性能最好 ,纳米显微硬度 2 2GPa ,表面粗糙度为 0 75nm ,摩擦系数为 0 .1 1 0。     

NiTi合金生物医用材料表面镀类金刚石薄膜的性能研究

用脉冲电弧离子镀技术在NiTi合金生物材料表面沉积了类金刚石(DLC)薄膜.研究分析结果表明制备的DLC薄膜是四面体非晶碳薄膜;随着DLC薄膜厚度的增加,薄膜的表面粗糙度增加,薄膜中sp3的含量减少;随着sp3含量的增加,薄膜的纳米硬度升高;划痕实验表明临界载荷大于0.9 N.研究得出与NiTi合金相比,DLC薄膜能够有效地降低摩擦系数和磨损.DLC薄膜的摩擦系数主要与薄膜的硬度及薄膜中sp3的含量有关,DLC薄膜的磨损主要是轻微的磨粒磨损及疲劳磨损.     

掺氮类金刚石薄膜的制备与性能研究

利用空心阴极放电在玻璃基底表面沉积掺氮类金刚石(DLc)薄膜.拉曼光谱(Raman)分析表明,所制备的碳膜具有典型的类金刚石结构.扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜表面形貌和粗糙度;利用摩擦磨损仪测量膜的摩擦磨损性能.结果表明,氮的掺入使得薄膜中颗粒致密平整,改变了薄膜的表面微观形貌,进而改善了薄膜的摩擦磨损性能.