V含量对TaVN薄膜微观结构与摩擦学性能的影响

为探讨V元素改善TaN薄膜摩擦学性能的机制,利用磁控溅射仪在304不锈钢基体上和单晶Si片制备不同V含量的 TaVN薄膜。使用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计、表面综合性能测试仪表征和分析薄膜的结构及性能。结果表明：TaVN 薄膜为面心立方结构,不同V含量的TaVN薄膜均在（111）晶面呈现择优取向;随着V含量的增加,TaVN 薄膜（111）晶面出现向大角度偏移的现象;不同V含量的TaVN 薄膜在扫描电子显微镜下的表面光滑平整无孔隙,膜层与基体间界面清晰,截面呈明显的柱状晶结构;随着V含量的增加,TaVN 薄膜硬度先升高后降低,当TaV靶材中V原子分数为15%时,硬度最高;随着V含量的增加,摩擦因数降低,其原因是在摩擦的过程中,薄膜中的V元素氧化形成具有自润滑效果的Magnéli 相氧化物V2O5;随着V含量的增加,TaVN 薄膜磨损机制由磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损转变为磨粒磨损和氧化磨损。     

Ti/Ag及Ag薄膜的应力状态及其对摩擦学性能的影响

制备了具有不同应力状态的Ti/Ag双层薄膜及Ag单层膜。考察了两类薄膜的内应力状态及其对薄膜摩擦学性能的影响。试验结果表明：薄膜的应力状态对其摩擦学性能可产生明显影响。Ti/Ag双层薄膜的应力变化及其对摩擦学性能的影响比单层膜更为复杂，可以通过控制Ti中间层的膜厚来得到有利于提高薄膜摩擦学性能的应力状态。     

磁控溅射TiN薄膜低温沉积技术及其摩擦学性能研究

利用磁控溅射装置在高速钢基体上制备了TiN薄膜,研究了基体温度升高的原因及其磁控溅射的低温原理,讨论了低温与离子刻蚀、负偏压、磁场强度3个主要溅射工艺参数的关系,并对TiN薄膜的摩擦学性能进行了研究。实验结果表明,离子刻蚀、负偏压、磁场强度对低温磁控溅射TiN成膜过程具有较大的影响,所制备的TiN薄膜的耐磨性、配副适应性也较好。     

磁控溅射MoS2薄膜的结构和微观摩擦磨损特性

利用磁控溅射法制取了ＭｏＳ２薄膜,通过Ｘ光电子能谱、Ｘ射线衍射和ＡＦＭ／ＦＦＭ方法对薄膜的表面形貌、成分、化学价态、结构和微观摩擦磨损性能进行了研究。实验结果表明：ＭｏＳ２薄膜表面呈蠕虫状,微观结构为（１００）面平行于基面的非晶态,表面膜由ＭｏＳ２和少量的ＭｏＯ３组成。在微观摩擦磨损过程中,ＭｏＳ２薄膜的摩擦系数较大,且而磨性能高;微摩擦过程中没有磨合阶段,不存在摩擦机理的转变。     

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。     

射频磁控溅射制备HfMoNbZrNx薄膜的组织和性能

利用射频磁控溅射技术分别在单面抛光Si(001),Al₂O₃(0001)和硬质合金(WC-8 wt.%Co)基底表面沉积HfMoNbZrN_x薄膜,研究不同氮气流量R_N对HfMoNbZrN_x薄膜的组织和性能影响。结果表明,HfMoNbZr薄膜倾向于形成非晶态,随着R_N的增加,HfMoNbZrN高熵合金氮化薄膜转变为面心立方(FCC)结构并且沉积速率下降;当R_N=10%时,薄膜硬度和弹性模量最大,分别为21.8GPa±0.88GPa和293.5GPa±9.56GPa;所有薄膜均发生磨粒磨损,相较于多元合金薄膜,氮化物薄膜的磨损率下降了一个数量级,薄膜耐磨性显著提高。     

负偏压对DLC薄膜结构和摩擦学性能的影响

采用离子束溅射沉积镀膜法制备了DLC薄膜,研究了偏压对薄膜性能的影响。通过原子力显微镜(AFM)和拉曼光谱对DLC薄膜的表面形貌以及内部结构进行了分析表征。并用UTM-2摩擦磨损仪对其摩擦学性能进行了测试。结果表明,利用离子束溅射沉积制备的DLC薄膜具有良好的减摩抗磨性能。随着偏压的增加薄膜的摩擦因数先减小后增加,在-150 V偏压时,薄膜的摩擦学性能最好。     

钨含量对WC/DLC复合薄膜摩擦学性能的影响

利用等离子体辅助化学气相沉积技术复合非平衡磁控溅射技术制备具有不同钨含量的WC/DLC复合薄膜。通过调节WC靶功率实现薄膜中钨含量的控制,用EDS能谱仪测量薄膜中的钨含量,采用SEM分析薄膜的表面形貌和结构,采用Raman光谱分析不同钨含量对薄膜结构的影响,采用纳米硬度测试仪测试薄膜的纳米硬度,在球-盘摩擦试验机上测试薄膜在大气环境中的摩擦学性能,研究薄膜的力学性能、摩擦学性能与薄膜中钨含量之间的关系。结果表明:薄膜中的钨含量随着WC靶功率的增加而增加;制备的薄膜具有典型的类金刚石碳膜结构,并且薄膜中的sp3键含量以及薄膜硬度都随着钨含量的增加而增大;摩擦因数和耐磨寿命随着钨含量的增加呈先减小后增加的趋势,薄膜的摩擦因数在钨原子质量分数为41.67%时最小,在此参数下的耐磨寿命也最优异。     

PNMP电化学聚合薄膜的摩擦学性能

本文研究了用电化学方法得到的聚Ｎ－甲基吡咯（ＰＮＭＰ）薄膜用作滑动导轨副的支承工作表面的摩擦学性能。ＰＮＭＰ薄膜通过电化学聚合直接沉积在支承外表面，同时用作运动副元素和运动副的固体润滑物质。研究考察了薄膜厚度，法向负荷以及相对滑动速度对ＰＮＭＰ薄膜的摩擦和磨损性能的影响。揭示了ＰＮＭＰ薄膜在低负荷，低速度，但对运动精度及精度保持性要求极高的纳米级超精密测度仪器的进给导轨系统的应用前景。     

20CrNiMo钢表面磁控溅射制备TiN/ZrN多层薄膜的形貌及摩擦学性能

利用非对称双极脉冲磁控溅射技术在20CrNiMo钢表面制备了TiN/ZrN多层薄膜,利用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察了薄膜的截面和表面形貌,用划痕仪测试了薄膜与基体的结合力,通过球-盘摩擦磨损试验机对薄膜的摩擦学性能进行了研究。结果表明:制备的TiN/ZrN多层薄膜厚度约为2.1μm,薄膜均匀且致密,表面粗糙度为13.63nm;薄膜与基体结合较牢固,临界载荷达到51.0N;薄膜具有优良的减摩性,摩擦因数为0.16,较基体20CrNiMo钢的0.33明显减小,使该钢的耐磨性能得到提高。     

靶电流对高功率脉冲磁控溅射WS2-Ti固体润滑涂层微观组织及力学性能的影响研究

过渡金属硫化物涂层的耐磨性能与其微观结构、力学性能有关,而其结构与溅射能量有关。高能脉冲磁控溅射(HiPIMS)具有离化率高和沉积能量高的特性,其沉积能量受控于靶电流。采用HiPIMS技术,通过改变Ti靶电流制备了WS₂-Ti涂层,并利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和纳米压痕仪表征涂层的微观组织结构和力学性能。分析结果表明,采用HiPIMS制备WS₂-Ti涂层可以有效细化晶粒并抑制其柱状生长,所制备的涂层结构致密且以非晶态为主;随着靶电流的增加,可进一步细化WS₂-Ti涂层晶粒,提高其致密度;涂层硬度随靶电流的增大呈先上升再下降的趋势,而其约化弹性模量先下降再上升;相应塑性因子H/E_r和H³/E_r²先变大后变小,在靶电流为50A时达到最高。     

靶功率对射频磁控溅射制备MoS_2-Sb_2O_3复合薄膜结构和性能的影响

采用射频磁控溅射技术制备MoS2-Sb2O3复合薄膜,研究靶功率对薄膜性能和结构的影响。利用XRD、XRF分析薄膜的成分和结构,用CSM薄膜综合性能仪测试薄膜的硬度及附着力,通过承载力试验测试薄膜的承载性能,使用真空球-盘摩擦试验机测试真空和大气下薄膜的摩擦因数及耐磨寿命。结果表明:使用射频磁控溅射制备的MoS2-Sb2O3复合薄膜具有准非晶结构,其薄膜结构和成分受沉积时的靶功率影响;MoS2-Sb2O3复合薄膜在真空下具有比大气下更稳定的摩擦学性能,更长的耐磨寿命;提高溅射原子能量能有效地提高MoS2-Sb2O3复合薄膜的承载性能,减少薄膜的内应力,提高薄膜的附着力,提高薄膜的耐磨寿命。     

温度对类富勒烯碳氮薄膜微观结构与摩擦学性能的影响

采用直流反应磁控溅射分别在200、250、300和350℃条件下沉积类富勒烯碳氮薄膜,利用X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)表征薄膜的微观结构形貌,采用薄膜综合性能测试仪以及通过大气球盘摩擦试验研究薄膜的力学性能及摩擦学性能。结果显示:制备的类富勒烯CN_x薄膜中存在sp~2C-C、sp~2N-C和sp~3C-N化学键;随着沉积温度的升高,薄膜的结构变得更加致密,硬度、弹性模量以及弹性恢复系数逐渐增大,摩擦因数和磨损率降低;沉积温度为350℃制备的薄膜摩擦因数和磨损率最低,表现出优异的耐磨损性能。     

氮含量对BCN薄膜力学和摩擦学性能的影响

为获得能在较宽温度范围内工作的BCN薄膜,采用闭合场非平衡磁控溅射法制备出非晶态的BCN薄膜和BC_x薄膜,通过调控N₂流量研究氮含量对薄膜摩擦学和力学性能的影响。结果表明：BCN薄膜的硬度和弹性模量随着N₂流量的增加而降低;在室温至600℃较宽温度范围内,N₂流量小于20 sccm时制备的BCN薄膜具有更平稳的摩擦因数和低的磨损率,具有比BC_x薄膜更好的摩擦学性能。随着N元素的掺杂,BCN薄膜的力学性能降低,但摩擦学性能明显提高,因此通过改变氮含量实现BCN薄膜力学和摩擦学性能合理调控,BCN薄膜有望实现较宽温度范围内的减摩润滑作用。     

纳米结构碳基薄膜的制备及性能研究

利用单极脉冲等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上沉积含氢碳薄膜,用高分辨透射电子显微镜和激光拉曼光谱仪研究薄膜的微观结构,用X射线光电子能谱分析薄膜的化学键状态,并用纳米压痕仪测定薄膜的硬度和弹性模量,在CSM往复式摩擦磨损试验机上考察薄膜的摩擦学性能。结果表明:在单极脉冲等离子体增强化学气相沉积系统上成功制备出在非晶基体上镶嵌弯曲类富勒烯纳米结构的含氢碳薄膜,其独特的类富勒烯纳米结构赋予薄膜良好的力学性能,其弹性恢复系数和硬度分别高达86%和26.37 GPa;与非晶结构薄膜相比,制备的纳米结构含氢碳薄膜在室温环境下摩擦学性能更为优异,在机械摩擦表面具有广阔的应用前景。     

沉积气压对W-S-C复合薄膜结构和摩擦学性能的影响

采用磁控溅射方法制备W-S-C复合薄膜,研究沉积气压对薄膜结构和摩擦学性能的影响。结果表明,复合膜以非晶或纳米晶结构生长,沉积气压低时薄膜中C含量高,薄膜结构致密;沉积气压高时薄膜中WSx含量高,薄膜致密性下降。复合膜硬度在HV420～500之间,并且随着沉积气压的增加,硬度逐渐下降。在潮湿大气中的摩擦磨损实验表明,实验载荷越大摩擦因数越小;随着沉积气压的增加,复合膜的摩擦因数先降低后增加;当沉积气压在0.45～0.55 Pa时,复合膜的摩擦因数最低约为0.1,耐磨性能最好。     

氩气流量对非平衡磁控溅射Ti/WS2复合薄膜结构和摩擦学性能的影响

采用非平衡磁控溅射技术制备Ti/WS_2复合薄膜。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机分别对复合薄膜的微观形貌、成分、硬度以及摩擦磨损性能进行测试,研究氩气流量对Ti/WS_2复合薄膜微观形貌和摩擦学性能的影响。结果表明:随着氩气流量增加,Ti/WS_2复合薄膜的疏松结构明显改善,薄膜致密度得到了提高,且Ti/WS_2复合薄膜的(002)晶面择优取向增强;随着氩气流量的增加,Ti/WS_2复合薄膜的摩擦因数呈现逐渐降低趋势,磨损率逐渐减小,且磨损机制由明显的磨粒磨损特征转变为轻微的磨粒磨损特征,呈现出较好的耐磨性。     

多元CrMoSiCN系列薄膜结构及摩擦学特性研究进展

从三元含Mo的Cr-Mo-N、Mo-Si-N、Mo-C-N薄膜到四元Cr-Mo-Si-N、Mo-Si-C-N薄膜,综述多元系列薄膜的结构、力学及摩擦学性能的研究进展;分析在不同气体压力、制备方法与参数、不同元素含量下薄膜结构的变化,阐述薄膜结构与其力学性能和摩擦学特性的关联。指出:多元Cr-Mo-Si-C-N系列薄膜结构、硬度、摩擦因数强烈受到薄膜中Mo、Si、C、N元素含量的影响,其中力学特性还与薄膜微结构紧密相关;薄膜的摩擦学特性与晶粒生长细化和作为润滑剂的无定形基质有关;在摩擦过程中发生的摩擦化学反应也有效地提高了薄膜的耐磨性。对于四元Cr-Mo-C-N和多元Cr-Mo-Si-C-N薄膜,建议进一步研究在水润滑与非润滑的不同条件下,例如在海水或者空气干摩擦环境下,是否由于薄膜结构组分的不同而有效地形成含Mo的氧化物的自润滑膜,以提高薄膜在更多场合下的适应性和减摩性。     

模具钢、复合陶瓷强化模具钢和结构陶瓷高温摩擦学性能比较

从实用角度出发，模拟金属挤压工况，对比研究了模具钢、陶瓷薄膜强化模具钢和结构陶瓷三种模具材料的摩擦学特性，测试了高温下的磨损规律。研究结果对挤压模具设计具有指导意义。     

W-C-S-Mo复合薄膜的制备及力学和摩擦学性能

利用磁控溅射与磁过滤阴极真空电弧（MS/FCVA）复合沉积法,在不同偏压下在单晶Si基体上制备W-C-S-Mo四元复合薄膜;分析沉积偏压对薄膜纳米硬度、弹性模量和膜基结合力等力学性能的影响;在潮湿大气、真空环境下研究偏压对薄膜摩擦学性能的影响。结果表明,薄膜硬度、弹性模量和附着力随着沉积负偏压的增大呈现先增大后减小的趋势,在偏压-100 V时薄膜力学性能最好;负偏压-100 V下制备的W-C-S-Mo四元复合薄膜样品在潮湿大气和真空环境下均具有较好的摩擦学性能,拉曼测试发现,W-C-S-Mo复合薄膜在潮湿大气环境中的润滑作用主要由DLC提供,而在真空环境中薄膜中的软质相MoS2晶粒起润滑作用。