MoS2/Pb-Ti多层薄膜的结构和摩擦学性能

目的 设计MoS2/Pb-Ti多层薄膜,改善真空和大气环境下的摩擦学性能。方法 采用磁控溅射技术沉积MoS2/Pb-Ti多层薄膜,通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射(XRD)、纳米压痕仪、真空和大气摩擦磨损实验,分别评价MoS2/Pb-Ti多层薄膜的表面形貌、微观结构、力学性能、真空和大气环境下的摩擦学性能,并通过光学显微镜、能谱仪（EDS）、Raman光谱仪对磨痕及磨斑进行分析。结果 随着MoS2层厚度的增加,MoS2/Pb-Ti多层薄膜的表面颗粒逐渐细化,变得更加光滑。同时,微观结构由金属相主导转变为由MoS2相主导,弹性模量逐渐降低,硬度则先升高后降低。在真空环境下,MoS2/Pb-Ti多层薄膜的摩擦系数低至0.01,磨损率低至2.2×10?7 mm3/(N?m),大气环境下摩擦系数低至0.07左右,磨损率低至2.7×10?7 mm3/(N?m)。 结论 在真空摩擦磨损实验中,MoS2层厚度过薄时,MoS2/Pb-Ti多层薄膜的磨损机制为粘着磨损,MoS2层厚度增加有助于形成稳定的转移膜,使得摩擦磨损大幅降低。在大气摩擦磨损实验中,Ti保护MoS2的结构免于H2O和O2的破坏,使体系具有低而稳定的摩擦磨损。     

MoS2-Al复合薄膜高温摩擦学性能研究

目的提升MoS_2薄膜在高温环境下的润滑性能。方法应用非平衡磁控溅射技术共溅射MoS_2靶和Al靶沉积MoS_2-Al复合薄膜。通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压入仪和CSM牌高温摩擦磨损试验机,评价MoS_2-Al复合薄膜表面及断面形貌、微观结构、机械性能和高温环境下的摩擦学性能,并通过奥斯巴林显微镜观察磨痕及磨斑形貌。结果温度超过400℃时,Al含量(原子数分数)为18.3%的MoS_2-Al复合薄膜表现出了优异的高温润滑性能,摩擦初始阶段的摩擦系数保持在0.07左右,平均摩擦系数低至0.172,比纯MoS_2薄膜的摩擦系数降低了64%,摩擦曲线十分稳定。结论当薄膜中Al的添加量为18.3%时,Al的引入在不破坏MoS_2结构时起到了自身优先氧化的作用,从而保护了MoS_2结构不被破坏,使MoS_2-Al复合薄膜在高温环境下的润滑能力得到了显著提升。     

MoS2/Ti3C2Tx对磷酸盐涂层宽温域摩擦学性能的影响

目的 以MoS2/Ti3C2Tx为固体润滑剂,在25(室温)~400 ℃下制备具有优异摩擦学性能的MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层,并研究它在不同温度下的减摩抗磨机制。方法 以氢氟酸为MAX相(Ti3AlC2)粉体的蚀刻剂,制备具有“手风琴”形貌的Ti3C2Tx MXene。以硫脲、钼酸铵、MXene为原料,制备MoS2/Ti3C2Tx复合材料。以Al(H2PO4)3为黏结剂,以CuO为固化剂,分别以Ti3C2Tx和MoS2/Ti3C2Tx为固体润滑剂,制备Ti3C2Tx磷酸盐涂层和MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层。通过高温摩擦磨损试验机和光学数码显微镜测试涂层在25~400 ℃时的摩擦因数和磨损率,采用扫描电子显微镜和显微共焦激光拉曼光谱仪分析磨痕表面形貌、物相,进而探讨磨损机理。结果 当Ti3C2Tx与Al(H2PO4)3的质量比为2∶1时,Ti3C2Tx磷酸盐涂层在室温(25 ℃)下的摩擦因数和磨损率均最低,分别为0.38和2.75×10⁻⁴ mm³/(N.m)。在Ti3C2Tx表面负载MoS2,将MoS2/Ti3C2Tx作为固体润滑剂,能够显著降低磷酸盐涂层在25~400 ℃下的摩擦因数,同时磨损率也有所降低。MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层在室温下的摩擦因数低至0.11,相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层降低了71.1%,其磨损率相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层降低了1个数量级。在25~400 ℃范围内,MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层的摩擦因数均低于0.21。随着温度的升高,摩擦因数呈先减小后增大的趋势,磨损率整体上呈增大趋势。结论 相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层,MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层在25~400 ℃下的摩擦学性能均得到显著提升。     

添加CeO2对MoS2基复合涂层摩擦学性能的影响

针对MoS_2基复合涂层耐磨性差和承载能力低的问题,以不同含量(质量分数)的CeO_2作为添加剂,采用喷涂法在GCr15钢表面制备MoS_2基复合涂层。利用摩擦磨损试验机和划痕仪分别研究涂层摩擦磨损性能和结合强度,并借助金相显微镜对涂层磨损形貌进行表征。结果表明:添加适量CeO_2可以改善涂层的摩擦磨损性能,其最佳含量为2%,此时摩擦因数和磨损量均最小,分别为0.232和0.011 3 mm~3;同时结合强度从22 N提高到28.29 N。涂层磨损量随载荷的增大而增大;而载荷小于8 N时,涂层的摩擦因数随载荷的增大而减小,当载荷大于8 N时,摩擦因数又有回升趋势。添加稀土后涂层的承载能力有明显提高。未添加稀土时,涂层产生严重剥离,并发生磨粒磨损;添加2%CeO_2后,涂层发生轻微磨粒磨损,耐磨性得到显著提高。     

MoS2-Ti自润滑复合薄膜的高温摩擦学性能研究

目的探究Ti含量对MoS₂-Ti复合薄膜高温摩擦学性能的影响,制备高温摩擦性能良好的MoS₂-Ti复合薄膜。方法采用射频和直流双靶共溅射技术沉积了不同Ti含量的MoS₂-Ti复合薄膜,研究了Ti含量对MoS₂-Ti薄膜微观结构和力学性能的影响,进一步探究了MoS₂-Ti复合薄膜在大气环境下的高温摩擦学性能。采用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM),对薄膜的成分、晶相结构及微观形貌进行分析。利用显微维氏硬度计测试薄膜的力学性能,通过UMT-TriboLab摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。此外,采用SEM、拉曼光谱仪(Raman)和X射线光电子能谱仪(XPS),对薄膜的磨痕形貌及对偶球转移膜的成分进行分析。结果Ti掺杂促进了MoS₂薄膜以(002)晶面择优取向生长,且提高了薄膜的致密度,薄膜硬度从70HV提升到350HV。MoS₂-Ti复合薄膜在高温环境下的摩擦性能,随Ti含量的增加呈先上升后下降的趋势,其中Ti原子数分数为6.81%的MoS₂-Ti复合薄膜具有较低的摩擦因数和磨损率。通过对转移膜的成分进行分析,发现处于300℃高温环境下,Ti原子数分数为13.51%的MoS₂-Ti复合薄膜由于在摩擦过程中生成的氧化物较多,其耐磨性能开始下降。结论Ti含量对MoS₂-Ti复合薄膜的高温摩擦学性能有明显的影响,掺杂适量Ti能显著提高MoS₂薄膜在大气环境下的高温摩擦学性能。     

TiB2掺杂WS2复合薄膜的宽温域摩擦学性能研究

目的 探究TiB2溅射电流(即TiB2含量)对WS2/TiB2复合薄膜在宽温域(25~500 ℃)下摩擦学性能的影响。方法 采用非平衡磁控溅射技术制备WS2/TiB2复合薄膜。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)观察薄膜的形貌及结构;通过X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)表征薄膜结构;通过纳米压痕仪(Anton Paar,NHT²)评价薄膜的机械性能;利用高温球盘摩擦磨损试验机(THT01,03591)测试薄膜的摩擦学性能;采用光学显微镜(Olympus,STM6)、三维轮廓仪(Micro XAM–800)观察磨痕及磨斑形貌,通过HRTEM分析磨痕和磨斑的结构。结果 TiB2掺杂使WS2薄膜由高度结晶态向非晶态转变,增大了薄膜的致密度并提高了其机械性能。随着TiB2溅射电流的增大,复合薄膜的摩擦因数和磨损率呈先下降后上升的趋势。随着试验温度的升高,复合薄膜的摩擦因数先降低后升高,但磨损率一直逐渐升高。TiB2溅射电流为1.5 A时,制备的复合薄膜在宽温域(25~500 ℃)具有较低的摩擦因数和磨损率。300 ℃条件下,TiB2溅射电流为1.5 A时制备的复合薄膜在摩擦剪切力作用下重新定向形成了TiB2(101)晶体取向和平行于滑动方向的WS2(002)晶体取向,并在高环境温度和摩擦热作用下氧化形成了润滑相TiO2(001)晶体结构。结论 TiB2溅射电流为1.5 A时制备的复合薄膜具有优异的宽温域摩擦学性能。薄膜致密的非晶结构、高的硬度和弹性模量,以及在摩擦剪切力和高温氧化作用下重新结晶取向是低摩擦磨损的关键。     

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.     

真空宽载下二硫化钼/碳复合薄膜的超低磨损机制

空间装备正朝着重载、长时间运行的方向发展,对润滑材料的性能要求日益提高。当前二硫化钼（MoS₂）薄膜主要在真空低载下（＜0.5 GPa）服役,因此须发展针对真空宽载（中高载）下服役的二硫化钼复合薄膜。通过非平衡磁控溅射技术制备 MoS₂ / DLC 复合薄膜,利用 SEM、AFM、XRD、XPS、Raman、TEM、真空摩擦试验机等分析薄膜结构、形貌、摩擦学性能及磨损机制。结果显示：DLC 的加入能够改善 MoS₂ 柱状结构,使复合薄膜更加致密,并且能够促进薄膜以（002） 晶面择优取向生长。复合薄膜在真空宽载（0.73~1.27 GPa）下均能保持稳定的低摩擦因数（0.02~0.06）和低磨损率 （10^?10 mm³ ·N^?1 ·m^?1 ）,与 MoS₂相比降低了三个数量级。通过对磨屑进行分析,发现复合薄膜在摩擦过程能发生石墨化转变,形成有序的石墨结构以及润滑性能优良的（002）取向的 MoS₂,同时在 MoS₂ 催化作用及接触应力诱导下,形成的层间低剪切力的石墨结构及层状的 MoS₂ 有利于实现低摩擦因数和低磨损率。非晶碳的加入使得复合薄膜在真空环境下能够保持低摩擦因数和超低磨损率。通过复合结构设计实现了二硫化钼 / 碳复合薄膜在真空宽载条件下的超低磨损,可为空间超低磨损薄膜的设计、开发和应用提供一定的实验基础和理论指导。     

磁控溅射NiCrAlY/MoS2复合薄膜结构与性能研究

目的 通过离子源复合磁控溅射技术,制备宽温域耐磨减摩性能良好的NiCrAlY/MoS2复合薄膜.方法 采用离子源复合磁控溅射技术制备了NiCrAlY/MoS2复合薄膜,研究不同MoS2掺杂量对薄膜结构、力学性能和不同温度氧化热处理后摩擦学性能的影响.采用能谱仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)...     

调制周期对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和摩擦性能的影响

采用电弧离子镀方法制备了TiN/TiAlN多层薄膜,研究了调制周期对薄膜多层结构和摩擦磨损性能的影响。结果表明:在相同的沉积时间内,随调制周期的增加,多层薄膜的层数减少,每一层的厚度增加,层与层之间的区分更加清晰。摩擦磨损测试结果表明:由于多层薄膜的调制结构,引起薄膜对磨层的变化,当多层薄膜的调制周期为54 nm时,多层薄膜的摩擦系数最小;当调制周期为112 nm时,多层薄膜的摩擦系数最高;当调制周期为164 nm时,多层薄膜的磨痕宽度最小。在摩擦磨损过程中,GCr15钢球的磨损面一直处于快速磨损阶段,对磨痕能谱线扫描结果发现磨屑的主要成分是Fe和FeOx。     

CrN和CrAlN薄膜的微观结构及在不同介质中的摩擦学性能

采用中频非平衡反应磁控溅射技术在单晶硅P(111)和不锈钢(1Cr18Mn8Ni5N)基材上制备了CrN和CrAlN薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、原子力显微镜(AFM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和纳米压痕仪对薄膜的相结构、化学组成、表面形貌、断面结构和力学性能进行了测试分析.利用球-盘式摩擦磨损试验机(CSM)考察了两种薄膜在不同介质(空气、自来水、oil-1 (TAO-40)及oil-2 (150BS))中和Al2O3球对磨的摩擦学性能.结果表明:CrN薄膜中Al元素的掺杂并未改变薄膜晶体结构,但却降低了薄膜的表面粗糙度、增强了薄膜的致密性、提高了薄膜的力学性能、改善了水润滑和油润滑条件下薄膜的摩擦学性能.由于CrN和CrAlN薄膜的摩擦磨损性能显著依赖于测试介质,因此重点讨论了它们在不同介质中的摩擦磨损机理.     

在甘油润滑下TiAlN涂层的超低摩擦和磨损特性∗

TiAlN 涂层具有优异的力学性能,在刀具领域具有广泛的应用背景,然而优化制备参数以获得性能更为优异的 TiAlN 涂层仍需要做进一步的研究,同时与 TiAlN 涂层相适应的绿色润滑剂也是当前亟待解决的问题之一。 基于磁控溅射技术,研究 Al 靶溅射电流对 TiAlN 涂层结构和力学性能的影响,考察甘油润滑下 TiAlN 涂层的摩擦学性能,并利用 X 射线光电子能谱探究甘油的润滑机理。 结果表明:当溅射电流为 3 A 时得到的 TiAlN-3A 涂层具有最致密的晶状结构及最优的力学性能。 在甘油润滑下,TiAlN-3A 涂层的摩擦因数仅为 0. 007,其磨损率为 2. 62×10^-6 mm3N^-1m^-1 。 XPS 分析表明,甘油在钢球与 TiAlN 涂层相对滑动过程中发生摩擦降解反应,在表面上生成新的产物 FeOOH。 FeOOH 的亲水性使得在接触区域表面吸附甘油分子及甘油降解产物形成流体润滑层,可提供优异的减摩和耐磨性能。     

脉冲磁控溅射MoS2涂层的组织结构及摩擦学性能

采用单极性脉冲磁控溅射技术在A286基体表面制备MoS₂低摩擦系数涂层(LFC)。利用XRD、SEM等手段表征涂层的成分与微观组织;采用原位纳米力学测试系统、球-盘式摩擦磨损试验机分析涂层的力学和摩擦学性能,并探讨了脉冲偏压对涂层结构、力学和摩擦学性能的影响。结果表明,脉冲偏压由300V增加到600V,MoS₂涂层择优取向发生了(002)向(100)转变,当脉冲偏压增至800V时又恢复(002)择优取向,;随着脉冲偏压的增加,涂层的硬度及弹性模量出现先减少后增大趋势,摩擦系数在0.065~0.076范围内波动,呈现出先增加后减小趋势;偏压为800V的涂层摩擦学性能最佳,其磨损率仅为基体的13.5%。     

MoS2-Zr复合薄膜的摩擦学性能研究

目的改善MoS_2薄膜的疏松结构,提高其硬度及摩擦磨损性能。方法采用离子源辅助磁控溅射技术在GCr15基体上沉积不同Zr含量的MoS_2-Zr复合薄膜,通过SEM分析薄膜的表面及截面形貌。采用EDS检测薄膜的成分,采用显微维氏硬度计测试薄膜的硬度,采用Rockwell-C硬度计进行压痕测试实验,采用球-盘式旋转摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。结果 MoS_2-Zr复合薄膜的致密程度和硬度随着Zr含量的增加而增大,其硬度值为300~500HV。复合薄膜与基体的结合力随着Zr含量的增加而增强,但当Zr含量过高时,结合力下降。含Zr原子数分数为15%的MoS_2-Zr复合薄膜具有最好的摩擦学性能,其平均摩擦系数为0.09,磨损率为9.33×10~7 mm~3·N~(–1)·m~(–1),耐磨寿命达5.25×105 r。结论 Zr的掺杂改善了纯MoS_2薄膜的疏松结构,提高了MoS_2薄膜的硬度和结合力,合适的Zr掺杂可以获得较低的摩擦系数和较长的耐磨寿命。     

钽掺杂对多层Ta-DLC薄膜摩擦及腐蚀行为的影响

目的 解决316L不锈钢在苛刻海洋环境中易磨损、易腐蚀的问题。方法 采用中频磁控溅射技术在316L不锈钢上沉积了Ta/Ta N/Ta CN/Ta-DLC薄膜。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射、纳米压痕、往复摩擦磨损试验和电化学测试等手段,重点研究了DLC膜层中Ta元素掺杂含量对薄膜结构、组成成分、力学性能、摩擦学性能和耐腐蚀性能的影响规律。结果 随着Ta元素含量（原子数分数）从2.04%增到4.16%,薄膜中的sp3键含量呈现先升高后降低的趋势,当Ta原子数分数为3.60%时,薄膜中sp3键含量最高,且薄膜的硬度及弹性模量达到最大,分别为7.01GPa和157.87GPa。随着Ta元素含量的增加,薄膜的平均摩擦因数逐渐减小,在4.16%（原子数分数）时达到最小0.21。Ta元素含量对薄膜的结合力影响较小,且所有薄膜结合力总体在10 N左右。当Ta原子数分数为3.60%时,薄膜的腐蚀电流密度及钝化电流密度最小,分别为0.006μA/cm²和0.63μA/cm²,比其他薄膜的低1～2个数量级,并且薄膜电阻及电荷转移电阻最大,展现出最为优异的耐腐蚀性能。结论 Ta元素的掺杂提高了薄膜的耐摩擦性能,且适当的Ta元素掺杂能够提高Ta/Ta N/Ta CN/Ta-DLC薄膜的耐磨耐蚀性能。     

Mo-DLC/Mo薄膜在甲醇中的摩擦学性能研究

目的 甲醇燃料的应用给内燃机喷射系统关键运动部件的稳定、高效运行带来了挑战。基于关键部件在减摩抗磨方面的迫切需求,在高速钢表面设计并制备Mo掺杂的类金刚石(Mo-DLC)薄膜。方法 采用磁控溅射技术,在高速钢表面制备具有Mo过渡层的Mo-DLC/Mo薄膜,并与未制备过渡层的Mo-DLC薄膜进行对比研究。利用激光拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机等检测设备,对薄膜的微观结构、形貌、力学性能、摩擦磨损性能进行系统研究。结果 Mo-DLC/Mo薄膜的内应力约为1.85 GPa,膜基结合力约为210 mN。与未制备过渡层的Mo-DLC薄膜(2.18 GPa,100 mN)相比,内应力降低了约15%,膜基结合力提高了110%。此外,Mo-DLC/Mo薄膜还具有优异的耐磨损性能和环境适应性,在空气和甲醇中的磨损率均较低,分别为4.6×10⁻⁸、5.8×10⁻⁸ mm³/(N.m)。结论 Mo过渡层对Mo-DLC的力学性能、摩擦学性能的影响显著,Mo-DLC/Mo薄膜在甲醇中展现出优异的摩擦磨损性能,可为低应力DLC的制备及其在醇类内燃机行业的应用提供理论基础和技术储备。     

沉积压力对磁控溅射WS2薄膜摩擦学性能的影响

目的研究不同沉积压力对磁控溅射WS₂薄膜微观结构、力学性能和摩擦学性能的影响。方法采用射频磁控溅射法制备WS₂薄膜。利用扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对薄膜微观形貌、成分和晶相结构进行表征。用纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和白光干涉三维形貌仪测试薄膜的力学性能和摩擦磨损性能。结果随着沉积压力增大,WS₂薄膜疏松多孔结构明显降低,粗大柱状晶显著细化,薄膜致密度得到有效改善。沉积压力大于0.8Pa时,WS₂薄膜表现出明显的（101）晶面择优取向。WS₂薄膜硬度变化与薄膜中S/W原子比变化趋势相反,弹性模量逐渐减小。沉积压力0.4 Pa时,由于WS₂薄膜大部分易滑移（002）晶面平行于基体表面,摩擦系数最低,为0.092,但其耐磨性能最差。沉积压为1.6 Pa时,WS₂薄膜的磨损率最低,为2.34×10^-7 mm³/（N·m）,表现出良好的耐磨性能。结论改变沉积压力可以显著提高WS₂薄膜致密度,改善薄膜的力学性能,提升WS₂薄膜的摩擦磨损性能。     

Cr/WC/DLC薄膜的多环境摩擦学性能

采用磁控溅射法,在304不锈钢上制备Cr/WC/DLC多层梯度过渡类金刚石薄膜,利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)、纳米压痕仪、划痕测试仪等分析薄膜的微观结构和力学性能,利用UMT-3多功能摩擦磨损试验机考察其在大气、去离子水、发动机油3种环境下的摩擦学性能。结果表明:该薄膜的多层梯度设计使其膜基间结合力得到了有效改善,且硬度高达32.6GPa,在3种环境下均具有优异的摩擦学性能。在大气环境下,薄膜具有较低的平均摩擦因数,为0.094;但具有3种环境下最大的磨损率,为7.86×10-8 mm3(N·m)-1;在去离子水环境下,薄膜的平均摩擦因数较高,为0.124;而其磨损率较低,为5.26×10-8 mm3(N·m)-1;在发动机油环境下,固-油复合润滑效应使薄膜具有更加优异的摩擦学性能,其平均摩擦因数和磨损率均为3种环境下的最小值,分别为0.065和4.44×10-8 mm3(N·m)-1。     

钽掺杂含量对类金刚石薄膜力学性能及生物相容性的影响

目的 探索钽(Ta)掺杂类金刚石(DLC)薄膜的结构转变规律,并提升其力学性能、摩擦性能及生物相容性能。方法 采用非平衡性磁控溅射镀膜技术,在0~0.5 kW功率下,制备了不同Ta掺杂含量的DLC薄膜。对其微观形貌、组织成分、摩擦性能、力学性能以及生物相容性进行了详细表征。结果 钽的掺入提升了碳的沉积速率,导致薄膜厚度增加,薄膜中sp³-C含量随Ta掺杂量的增加先升高后降低。在Ta-0.2 kW及以上的DLC薄膜中出现了TaC晶体和Ta—Ta纳米团簇,这导致薄膜表面粗糙度先增后减。与未掺杂的DLC薄膜相比,掺杂Ta的DLC薄膜的膜基结合力从10 N提高到25 N,断裂韧性从0.6 MPa.m^1/2提高到1.6 MPa.m^1/2以上,干摩擦因数从0.45降低到0.1~0.15,湿摩擦因数0.35降低至约0.1,干摩擦磨损率从4 500× 10⁻⁶ mm³/(N.m)降低至7×10⁻⁶ mm³/(N.m)以下,湿摩擦磨损率更是降低到1×10⁻⁶ mm³/(N.m)。但掺杂Ta的DLC薄膜的弹性模量有所降低,润湿性也略有下降,硬度并没有太大改变。此外,掺杂Ta的薄膜还表现出了良好的诱导羟基磷灰石形成能力,生成的羟基磷灰石层的钙磷原子比(Ca/P)介于1.4~1.65,接近人体的Ca/P比例,并且无论掺杂还是未掺杂的薄膜均未显示出细胞毒性。结论 钽的掺入显著提升了DLC薄膜的膜基结合力、断裂韧性、摩擦磨损性能和促进羟基磷灰石形成能力。因此,这种薄膜具有作为生物保护层应用于植入体表面的潜力。在Ta-0.4 kW时,Ta-DLC薄膜展现出了最佳的综合性能。     

掺杂改性氮化物基薄膜摩擦、腐蚀与抗菌性能的研究进展

由于PVD硬质薄膜与金属之间有着较高的黏附强度,且薄膜具有致密结构以及良好的力学、耐磨和耐腐蚀性,同时能够隔绝腐蚀环境中的盐分与材料表面直接接触,因此在其表面沉积具有优异磨损腐蚀和抗菌特性的防护薄膜可以保障金属材料在磨损/腐蚀环境中的长期使用。从传统的二元氮化物薄膜入手,针对薄膜耐磨、防腐与抗菌性能日益增长的需求,综述了Si、C、Mo与Ag元素掺杂对PVD氮化物薄膜在空气与水环境中的摩擦学特性、在盐溶液与海水中的电化学腐蚀与磨损腐蚀特性,以及静态抗菌与摩擦诱导抗菌性能的影响。传统二元的氮化物薄膜已经逐渐发展为多元的CrMoSiCN基薄膜,在这个过程中,重点分析了不同三甲基硅烷反应气体流速与Si、Mo、Ag靶材溅射电流下,薄膜的力学性能与摩擦学特性之间的紧密关联;阐述了薄膜在腐蚀性溶液中磨粒磨损、氧化磨损与电化学腐蚀之间的协同耦合关系;阐明了不同Mo、Ag元素含量下,薄膜的抗微生物黏附与抗菌特性的演变机理。指出多元氮化物基薄膜在盐溶液中的摩擦因数与磨损腐蚀材料损失受到薄膜中Si、Mo与Ag元素掺杂量变化的强烈影响,摩擦过程中的氧化与腐蚀产物有效增强了薄膜的自润滑与减磨特性;而含Mo、Ag氮化物基薄膜的杀菌能力主要与磨痕表面氧化物MoOx的形成和Ag⁺在菌液中的释放、扩散相关。