SiC薄膜对纳米结构Ti拉伸和摩擦性能的影响

考察了SiC薄膜对块体纳米结构钛力学和摩擦性能的影响。实验采用磁控溅射技术制备SiC薄膜（样品台不加温），使用划痕仪测量界面结合力，采用拉伸试验机测量拉伸性能，采用摩擦试验机测量摩擦性能（对摩件为Si3N4，干摩擦），采用SEM-EDAX观察分析微观组织。研究了薄膜（或涂层）对块体纳米材料力学性能的影响，并且获得了一种兼具高强度、良好塑性和良好摩擦学性能的纯钛金属材料。研究结果表明，SiC薄膜不仅不会降低纳米结构Ti的拉伸性能，而且能显著降低摩擦系数（从0．7到0.3），大大提升抗磨性能。     

纳米晶体Ti表面磁控溅射SiC薄膜的干摩擦学性能

采用室温磁控溅射技术在纳米晶体钛(剧烈塑性变形制备)表面制备出碳化硅(SiC)薄膜,研究SiC薄膜的组织结构、纳米压痕行为和摩擦磨损性能。结果表明:SiC薄膜具有纳米尺度"畴"特征的表面形貌、高含量Si-C键、与基材间具有明显且呈梯度的元素扩散、低的纳米硬度(10.62GPa)、低的弹性模量(83.34GPa)和高的硬模比(0.128)。在1.96N载荷、氮化硅球(半径为2mm)为对摩件、室温空气条件下,其磨损速率为10-5mm3.m-1.N-1级、摩擦系数约为0.162,磨损后薄膜不出现裂纹和剥落。     

纳米晶Ti表面磁控溅射SiC薄膜在高载荷下的摩擦磨损性能

采用室温磁控溅射技术在纳米晶体钛(剧烈塑性变形制备)表面制备出碳化硅(SiC)薄膜,研究了SiC薄膜在高载荷下的摩擦磨损性能。结果表明:在1000g载荷(Hertzian接触应力约为1170MPa)、室温、Kokubo人体模拟体液条件下,与氮化硅(Si3N4)球(半径为2mm)对摩时,SiC薄膜具有良好的耐摩擦磨损性能,其摩擦系数约为0.184,磨损速率为4.18×10-6mm3·m-1N-1,磨损表面未出现薄膜剥落现象。本SiC薄膜在高载荷下所表现出的良好耐摩擦磨损性能是由于其膜-基之间具有好的弹性模量匹配、薄膜自身具有高的塑性、薄膜与基材的硬度都较低(有助于降低摩擦磨损时的实际接触应力),薄膜自身具有较高的硬度与弹性模量的比值。     

Ti对磁控溅射不锈钢薄膜结构的影响

研究了磁控溅射321不锈钢薄膜内Ti对膜结构由晶态向非晶态转化的影响用X射线衍射分析了膜的结构,结果表明,膜的结构随含Ti量不同而有变化在Ti含量(wt-％)为0—3,3—10,10-18,18-30时,膜的结构分别为α-Fe,α-Fe+x相,非晶+微晶,非晶态     

纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的结构与拉伸行为

用粉末冶金法制备了纳米SiC颗粒增强纯Al基复合材料(Al MMC),对该材料的微观结构和拉伸性能进行了研究.结果表明,纳米SiC颗粒在含量很少时即对Al有明显的强化作用.此时,纳米颗粒在基体中的分散比较均匀,且多位于Al的晶界处;当含量较高时则颗粒易于团聚.颗粒团聚体和晶界处的SiC颗粒会使SiC对Al的弥散增强效果明显低于理论预测值.纳米SiC颗粒含量发生变化,Al MMC的断裂机制也有所改变.     

纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的结构与拉伸行为

用粉末冶金法制备了纳米SiC颗粒增强纯Al基复合材料(Al MMC),对该材料的微观结构和拉伸性能进行了研究.结果表明,纳米SiC颗粒在含量很少时即对Al有明显的强化作用.此时,纳米颗粒在基体中的分散比较均匀,且多位于Al的晶界处;当含量较高时则颗粒易于团聚.颗粒团聚体和晶界处的SiC颗粒会使SiC对Al的弥散增强效果明显低于理论预测值.纳米SiC颗粒含量发生变化,Al MMC的断裂机制也有所改变.     

超细晶TiNi表面磁控溅射CNx薄膜的纳米压痕与摩擦性能

采用室温磁控溅射技术在超细晶TiNi合金表面制备出CNx/SiC(氮化碳/碳化硅)双层薄膜,SiC为中间层。研究了CNx薄膜的组织结构、纳米压痕和摩擦性能。结果表明:CNx薄膜存在微孔缺陷(基体中夹杂物脱落等原因引起)、石墨含量高、纳米硬度(5.23GPa)低、弹性模量(33.29GPa)低,但具有高的硬度与弹性模量比值(0.157)。在200g载荷、氮化硅球(半径为2mm)为对摩件、大气干摩擦条件下,CNx薄膜的摩擦系数约为0.173,磨损后薄膜未出现裂纹和剥落;在500g载荷、室温Kokubo人体模拟体液下,CNx薄膜的摩擦系数约为0.103,但磨损后薄膜出现剥落。剥落的发生可能是由于SBF溶液通过微孔缺陷进入并腐蚀薄膜-薄膜-基材界面所致。     

镁合金表面磁控溅射DLC/SiC薄膜的纳米压痕与摩擦磨损性能

采用室温磁控溅射技术在镁合金(AZ91D)表面制备出DLC/SiC(类金刚石/碳化硅)双层薄膜(SiC为中间层),研究了薄膜的纳米压痕行为、膜基黏附力和膜基系统的摩擦磨损性能.结果表明:DLC薄膜具有低的纳米硬度(3.05 GPa)、低的弹性模量(24.67 GPa)和高的硬弹比(0.122);膜基系统具有高的界面黏附力和好的摩擦磨损性能;在以氮化硅球为对摩件的室温干摩擦条件下其磨损速率在10~(-6)mm~3·m~(-1)·N~(-1)级,摩擦系数约为0.175.分析表明:膜基系统具有的良好抗磨性能与其薄膜具有高的塑性和硬弹比、膜基系统具有好的弹性模量匹配是相一致的;DLC薄膜具有的不寻常力学行为(很低的硬度和弹性模量等)与其基材是镁有关.     

退火温度对SiC薄膜表面形貌和结构的影响

采用射频磁控溅射法在单晶Si(100)表面制备了非晶态SiC薄膜,并于真空热处理炉中进行(800～1200)℃×1h退火处理。通过X射线衍射、扫描电镜以及摩擦磨损试验研究了退火温度对薄膜结构、表面形貌以及性能的影响。结果表明,退火温度在800℃以上薄膜结构开始发生明显的晶态转变,在1000℃时薄膜主要结构为3C-SiC,且薄膜表面晶粒细小、致密,摩擦系数约为0.2。在1200℃退火时,薄膜为混晶结构,且薄膜晶粒明显粗化。     

表面纳米化对工业纯钛拉伸性能的影响

通过SMAT技术实现了工业纯钛表面纳米化,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)分析技术对表面纳米结构层进行了表征,对比研究了工业纯钛和经SMAT处理表面纳米化工业纯钛的拉伸性能,讨论了表面纳米化对工业纯钛拉伸性能的影响。结果表明:经SMAT处理后,由于表面纳米晶的形成和变形层中高密度的孪晶与位错共同的作用,工业纯钛的屈服强度、抗拉强度提高而伸长率降低。试样经SMAT处理后,沿处理面到中心晶粒尺寸不同,使得SMAT试样拉伸断裂后处理面与中心的断裂类型不同,表面纳米晶层和亚晶层的断裂主要是滑移分离断裂,而基体粗晶部分断裂为微孔聚集型断裂。     

SiC靶功率密度对无氢掺硅类金刚石薄膜摩擦学性能的影响

采用直流磁控溅射石墨靶、中频磁控溅射碳化硅靶以及离子源辅助的复合沉积技术,制备出膜层质量优异、摩擦因数和磨损率较低的具有不同Si含量的无氢掺硅类金刚石薄膜。使用XPS、拉曼光谱仪、台阶仪、纳米硬度计、SEM、EDS以及球盘式摩擦磨损试验仪测试并表征薄膜的微观结构、力学性能和摩擦学性能。研究表明,该技术能够成功制备出无氢掺硅类金刚石薄膜;随着SiC靶功率密度的增加,薄膜中Si的含量和sp3键的含量逐渐增加,其纳米硬度和弹性模量先增大后减小,摩擦因数由0.277降低至0.066,但其磨损率从6.29×10-11 mm3/Nm增加至1.45×10-9 mm3/Nm;当SiC靶功率密度为1.37W/cm2时,薄膜的纳米硬度与弹性模量分别达到最大值16.82GPa和250.2GPa。     

Ti6Al4V表面TiN/Ti复合膜的制备及摩擦学性能研究

采用直流磁控溅射法在Ti6Al4V表面制备TiN/Ti复合膜。分别用FESEM、GDEOS和XRD分析薄膜表面的成分及相结构;利用划痕仪分析膜基结合强度;通过球盘磨损机和轮廓仪测试磨痕形貌和磨损体积,评价膜层的摩擦学性能。结果表明,TiN/Ti复合膜表面致密光滑,呈金黄色金属光泽;膜基结合强度大于100 N;表面镀有TiN/Ti复合膜的Ti6Al4V合金虽没有减磨作用,但提高了耐磨性。     

掺杂元素Ti对WS2薄膜结构和摩擦学性能的影响

目的 提高单一成分WS₂薄膜的力学和摩擦学性能。方法 采用多靶磁控溅射方法制备不同Ti含量的WS₂–Ti复合薄膜。利用X射线能谱仪（EDS）、拉曼光谱仪（Raman）、X射线光电子能谱仪（XPS）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、纳米压痕仪,对薄膜的成分、化学态、晶体结构、形貌以及力学性能进行表征,并利用球–盘摩擦试验机检测该系列薄膜在大气和真空环境下的摩擦学性能。结果 掺杂元素Ti显著改善WS₂薄膜的微观结构、力学性能和摩擦学性能。随着Ti含量的增加,WS₂薄膜的结晶度下降,致密度增加,其硬度和杨氏模量分别从0.25 GPa和16.60 GPa增加到3.52 GPa和59.00 GPa。Ti原子数分数为7.17%时,复合薄膜的磨损率在真空和大气环境下分别低至0.10×10^-15 m³/（N·m）和2.66×10^-15m³/（N·m）。结论 在真空摩擦试验中,WS₂基薄膜的...     

掺杂Ti对Ni基复合材料摩擦学性能的影响

目的 通过在NiCr-WS2自润滑体系中掺杂纳米Ti,提升自润滑复合材料在不同环境中的摩擦学性能。方法 通过放电等离子烧结(SPS)技术制备了NiCr(N)、NiCr-WS2(NW)、NiCr-WS2-Ti(NW15T)3种复合材料。采用SEM 和EDS分析了复合材料的微观性能。通过摩擦磨损试验机分别测试了3种材料在干摩擦、去离子水和3.5%NaCl溶液中的摩擦学性能,并借助RAMAN分析磨痕的化学成分。结果 在干摩擦条件下,NW15T的摩擦因数和磨损率分别为0.38和4.2×10^?5 mm³/(N.m)。相较于传统的NW,NW15T的摩擦因数和磨损率分别降低了22.4%和83.7%;当在去离子水中摩擦时,虽然NW15T也具有较好的摩擦学性能,但是与NW相比优势不明显;在3.5%NaCl溶液中摩擦时,NW15T产生的腐蚀产物避免了摩擦副的直接接触,并使摩擦因数降低至0.16,磨损量降低为0.4×10^?5 mm³/(N.m)。与NW相比,NW15T在3.5%NaCl溶液中的摩擦因数和磨损率分别降低了38.5%和81.8%。结论 在NW传统自润滑复合材料体系中掺入Ti,原位生成了TiS和Ni3Ti,不仅提高了材料的力学性能,同时提高了复合材料在不同环境下的摩擦学性能。尤其是在NaCl溶液中,在TiS和腐蚀产物的共同作用下,NW15T的摩擦因数和磨损率大幅下降。     

微量Sc、Ti对商业纯Al拉伸性能的影响

研究了微量Sc、Ti对商业纯Al微结构和室温拉伸性能的影响.发现Sc、Ti联合添加能显著细化纯Al晶粒尺寸,而且细化效果随Ti含量增加而增加.Al-Sc-Ti合金托伸性能的改善主要与次生Al_3(Sc,Ti)沉淀有关,而与晶粒尺寸关系不大.尽管Ti含量增加能适当提高合金的热稳定性和屈服强度,但会导致最大抗拉强度和应变硬化强度降低.     

多弧离子镀沉积Ti/TiN多层薄膜的摩擦磨损及电化学性能

软硬交替多层结构的薄膜因其优异的抗摩擦磨损性能和耐腐蚀特性使其在工程领域具有重要的应用价值。利用多弧离子镀在不锈钢和Si(100)表面沉积了Ti N单层薄膜和3种不同Ti/Ti N调制比的多层膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、CSM摩擦磨损试验机和电化学工作站分别分析了薄膜的结构特征、耐磨损性能和电化学性能。结果表明:多层膜层状结构明显,Ti N相出现(111)面择优取向;Ti与Ti N沉积时间比为1∶5的样品具有较低的摩擦因数(0.26)和磨损率(6.6×10–7 mm3·N–1·m–1);在3.5%Na Cl溶液中,多层膜样品的腐蚀电流密度较不锈钢基体降低了两个数量级,腐蚀电位较不锈钢基体明显提高,表明多层膜可以提高不锈钢基体的耐腐蚀性。     

橡胶表面粗糙度对DLC薄膜摩擦学性能的影响

目的 探究三元乙丙橡胶(EPDM)表面粗糙度对DLC薄膜和Cr/DLC的微观结构、附着力、摩擦学性能的影响,并阐明Cr中间层对橡胶表面DLC薄膜的作用。方法 使用砂纸打磨EPDM橡胶得到不同的表面粗糙度。采用非平衡磁控溅射技术在不同粗糙度的橡胶基体表面沉积无中间层的类金刚石碳基薄膜(DLC)及有Cr中间层的类金刚石碳基薄膜(Cr/DLC)。使用二维轮廓仪获得基体及薄膜的表面粗糙度,通过扫描电子显微镜以及拉曼光谱对薄膜的表面形貌和结构成分进行分析,并采用X切割试验和摩擦磨损试验分别评估DLC薄膜的附着力和摩擦学性能。结果 基体表面粗糙度对薄膜的微观结构没有显著影响,但却对薄膜附着力以及摩擦学性能有较大的影响。薄膜附着力随着基体粗糙度的增加呈现先增大后减小的趋势,当基体表面粗糙度为1 100 nm时,DLC薄膜具有最强的附着力和最佳的摩擦学性能。此外,Cr中间层的引入对提高薄膜附着力和承载能力起到了积极的作用。结论 适当增加基体表面粗糙度可以增强DLC薄膜的附着力,改善薄膜的摩擦学性能。Cr中间层可以提高薄膜的承载能力,从而提高薄膜的耐磨性。     

底材性能对粘结固体润滑膜磨损寿命的影响

采用含纳米A1203材料的粘结固体润滑膜分别对LF6基体阳极氧化膜与多弧离子镀Ti（C，N）／TiN六层多元多层膜进行了表面粘结处理，形成了固体润滑膜／阳极氧化膜／LF6基体及固体润滑膜／多元多层膜／LF6基体两种不同中间层的复合膜层体系，对比考察了这两种复合膜层体系的摩擦学性能。结果表明：该两种复合膜层体系均经过1000m的磨程后，固体润滑膜／阳极氧化膜体系中15．2μm厚的固体润滑膜绝大部分被磨掉，而固体润滑膜／多元多层膜体系中固体润滑膜由原来的14．0μm磨至10．0μm，仅磨掉了4．0μm，后者的磨损寿命明显高于前者的磨损寿命，说明固体润滑膜的磨损寿命与底材的性能密切相关：底材硬度越高、耐磨性越好，固体润滑膜的磨损寿命越长。     

Si含量对Si-GLC薄膜在海洋环境中摩擦学行为的影响

目的 为改善类石墨(Graphite-like Carbon，GLC)薄膜在海洋工程中的摩擦学行为，扩展此类薄膜的进一步应用。 方法 采用磁控溅射技术制备了不同Si含量的Si-GLC薄膜。采用扫描电镜(SEM)、拉曼光谱设备对薄膜的形貌、成分和结构进行了分析，并用海水盐雾、高低温交变试验模拟海洋环境对薄膜的腐蚀作用，利用纳米压痕、往复式摩擦磨损试验机对薄膜的机械性能进行了评价。结果 Si-GLC薄膜结构致密，受限于沉积方法，制备的Si-GLC薄膜具有富Si层和富C层交替生长的“伪多层”结构。随着Si含量的增加，C—Si单键的数量逐渐增多，Si-GLC薄膜中sp³杂化键的含量逐步增加。Si-GLC薄膜中sp³杂化键的含量随Si含量的增加而逐步上升，薄膜的硬度与弹性模量在Si质量分数为64.51%时到达最大值，分别为21.3 GPa和245.9 GPa。同时，Si含量较高的薄膜具有更好的耐盐雾、耐高低温交变特性，表现出更好的海洋环境适应性。结论 Si质量分数为48.11%时Si-GLC表现出最佳的海洋环境适应性摩擦学性能，在不同试验条件下均具有较低(约0.1)且稳定的摩擦因数，证明在GLC薄膜中掺入适量的Si元素能够起到稳定薄膜内的单键结构，避免薄膜在摩擦过程中发生石墨化，达到提升薄膜耐磨性能的目的。