纳米材料固体润滑干膜摩擦学性能研究

通过对纳米材料的筛选、预处理、并与普通固体润滑剂充分研磨、搅拌等一系列工艺措施,开发出纳米材料固体润滑干膜。进行了纳米材料固体润滑干膜的摩擦磨损实验,表明纳米Ａｌ２Ｏ３可以大幅度提高体润滑干膜的耐磨性,延长了固体润滑干膜的使用寿命,拓宽了固体润滑材料的应用范围,为纳米材料固体润滑干膜的广泛应用提供了有力依据。     

不同基底上离子液体薄膜的制备及其摩擦学性能的研究

采用旋涂的方法在不同基底上制备离子液体(1-烯丙基-3-己基咪唑六氟磷酸盐)薄膜，用PF—PM动静摩擦试验机评价了薄膜的摩擦学性能。羟基化基底和乙烯基化基底上制备的薄膜同钢球对摩时，具有很低的摩擦因数和很长的耐磨寿命，该薄膜有可能作为低载荷下的减摩抗磨防护涂层。     

高分子复合润滑涂层对低碳钢表面摩擦学性能的影响

为替代磷化-皂化处理工艺,通过浸涂高分子复合润滑液的方法在低碳钢试样表面制备涂层。利用HT-500型球盘摩擦试验机考察了低碳钢在高分子复合润滑涂层、磷皂化膜、无润滑介质这3种不同润滑条件下摩擦学性能,同时分析了干摩擦接触表面上摩擦切应力,并应用VHX-600K型超景深显微镜对磨损表面形貌观察,探讨磨损机制。结果表明：高分子复合润滑涂层与磷皂化膜具有相接近的润滑减摩特性,摩擦因数与干摩擦相比分别减小67.33%和68.79%,对摩初期5 min内前者略低2.1%,且减摩性能都较稳定。此外,磨损机制与不同润滑条件下的摩擦行为有关。干摩擦过程中,磨粒磨损、氧化磨损起主导作用;表面有磷皂化膜的摩擦磨损机制主要为轻微磨粒磨损与少量氧化磨损;高分子复合润滑涂层作用下,表面磨损程度最小,主要表现为轻微磨粒磨损。     

纳米复合薄膜水润滑摩擦学性能的研究进展

评述了类金刚石基(DLC、a-C)、非晶氮化碳基(a-CNx)、过渡金属氮化物基(TiN、CrN)及其改性纳米复合薄膜的水润滑摩擦学性能,分析了微观结构、梯度结构、元素掺杂、对磨材料及摩擦参数对其水润滑摩擦磨损性能的影响,并揭示了水润滑中纳米复合薄膜存在的摩擦磨损机制,指出了三种纳米复合薄膜体系在水润滑中均可表现出优异的减摩抗磨特性,但与薄膜成分、层状结构、力学性能及对磨材料物理化学性能密切相关。一般而言,相比于过渡金属氮化物基薄膜,类金刚石基及非晶氮化碳基薄膜由于在水润滑中形成转移层和水合润滑层而呈现出更低的摩擦系数和磨损率。当选用的对磨材料易于发生摩擦水合反应时,形成的水合层起到的保护作用使得纳米复合薄膜均表现出了更低的磨损率。在保证薄膜未发生剥落而失效时,适当地加载载荷和滑移速度也是获得最优水润滑摩擦学性能的关键因素。为薄膜应用在水润滑器械作业提供了一定的参考,并展望了纳米复合薄膜水润滑摩擦学未来的研究方向。     

石墨增强聚酰亚胺在海水中的摩擦学性能

目的为石墨增强聚酰亚胺复合材料在海水环境下的摩擦学应用提供实验依据。方法利用SST-ST销/盘摩擦试验机,研究了质量分数为15%石墨增强聚酰亚胺复合材料与17-4PH不锈钢组成的摩擦副在海水介质中的摩擦学性能,并与干摩擦和纯水润滑条件下的摩擦学性能进行比较。结果聚酰亚胺复合材料在干摩擦下的摩擦系数和磨损体积最大,分别为0.134、1.930 mm~3。干摩擦条件下,聚酰亚胺复合材料的磨损表面存在较深的犁沟,在犁沟周围出现了材料塑性流动及粘着剥落现象,对偶件表面有聚酰亚胺复合材料转移。磨损机理主要表现为磨粒磨损、材料塑性变形以及粘着和剥落。在纯水润滑下,聚酰亚胺复合材料表面存在较多材料粘着撕裂现象,同时存在宽浅不一的犁沟,磨损机理主要为粘着磨损和磨粒磨损。在海水润滑下,复合材料的摩擦系数和磨损体积最小,分别为0.086、1.235 mm~3,材料磨损表面十分光滑,只有沿运动方向存在少量轻微犁沟,磨损机理主要表现为磨粒磨损。结论石墨增强聚酰亚胺复合材料在海水中的摩擦学性能优于干摩擦和纯水环境下的摩擦学性能。     

基于凹模压边区摩擦学性能的冲压仿真分析

通过改善凹模压边区摩擦学性能以提高冲压成形件质量,分别利用YLP-20型激光加工系统和多弧离子镀沉积设备在试样表面制备三角形微织构和TiN薄膜,采用UMT-3摩擦磨损试验机开展摩擦学性能试验;通过Dynaform软件建立有限元模型,以凹模压边区为研究对象,根据试验所得摩擦因数对冲压过程进行仿真分析。结果表明:镀膜和织构两种表面处理技术均能降低凹模压边区与板料间的摩擦因数,且先织构后镀膜技术具有最佳减摩效果;板料的减薄率随摩擦因数的减小而降低,增厚率则相反,并在摩擦因数减小到0.150后板料厚度变化趋于稳定;增大压边力会导致板料减薄率增加,减小凹模压边区与板料间的摩擦因数可抑制这一负面效果;将表面织构和镀膜技术应用于凹模压边区改善板料成形性能是可行的。     

宽温域环境下不同纤维织物/聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能研究

目的 研究高温条件下聚合物织物复合材料的摩擦学性能。方法 分别制备碳纤维织物及芳纶纤维织物/聚酰亚胺复合材料及纯聚酰亚胺(CF-PI、AF-PI及PI),对比研究2种织物复合材料与聚酰亚胺的热力学性能,以及在25、50、100、150、200 ℃下的摩擦学性能。结果 AF-PI的热稳定性低于CF-PI,其中CF-PI热失质量稳定在800 ℃左右,AF-PI的热失质量稳定在700 ℃左右。同时,2种织物复合材料的拉伸强度均高于纯PI,且CF-PI的拉伸强度要高于AF-PI。断面形貌分析发现,CF-PI为脆性断裂,AF-PI为韧性断裂。摩擦实验结果表明,25 ℃时,AF-PI的摩擦系数和磨损率较低,更适用于室温环境,而CF-PI在200 ℃时具有较好的耐磨性,其磨损率为1.48´10^–4 mm³/(N×m)。结论 转移膜结构和化学状态分析证实,由于CF-PI与GCr15之间较强的界面作用,室温条件下对摩后,轴承钢表面更易发生摩擦氧化。高温条件下,由于金属–有机螯合物的形成,提高了转移膜的结构稳定性,CF-PI表现出优异的摩擦学性能,然而200 ℃时,由于AF-PI的力学性能降低,材料被磨穿,转移膜的结构被破坏,导致了金属之间的摩擦,发生了严重的摩擦氧化。     

聚酰亚胺基自润滑材料与WS2-Ag固体润滑膜的相容性

为研究聚酰亚胺基新型润滑材料与钢表面固体润滑膜的相容性,采用离子束辅助沉积技术在 9Cr18 轴承钢材料上制备掺杂 Ag 的 WS₂ 固体润滑膜,并在摩擦磨损试验机(MS-T3000)上进行聚酰亚胺基自润滑保持架材料做成的球面销(简称:PI 基销)与 9Cr18 钢,以及 PI 基销与 WS2 -Ag 膜的摩擦试验。 通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、光学显微镜、激光共聚焦显微镜及红外光谱仪检测 WS₂ -Ag 固体润滑膜与 PI 基销的表面和磨痕形貌、成分和官能团。 结果显示:摩擦磨损后,WS₂ -Ag 膜与 PI 基材料均未发生化学反应,各自保持固有的润滑性能,并表现出了良好的相容性。     

基底温度对掺氟类金刚石碳膜摩擦学性能的影响

以CF4,CH4和H2作为前驱气体,改变基底温度,通过直流脉冲等离子气相沉积法(PECVD)制备掺氟类金刚石碳膜,用傅里叶红外光谱仪分析薄膜的键合结构,用拉曼光谱仪分析薄膜中杂化碳的sp2和sp3的存在状态,用纳米压痕仪和UMT-2MT摩擦磨损实验机分别测量了薄膜的硬度、摩擦因数等机械性能。结果表明,F主要以C-F3,C-Fx(x=1,2,3)基团的形式存在于薄膜中;基底温度从不加热到500℃的范围,薄膜能够保持较低于0.020的摩擦因数;且基底温度为400℃时薄膜具有0.016的最低摩擦因数,但当基底温度超过600℃时,会破坏薄膜的内部结构而使机械性能下降。     

表面织构化DLC涂层在脂润滑下的摩擦学性能研究

目的 研究表面织构与类金刚石薄膜(DLC)的复合处理方法,提高在GCr15钢盘表面在全氟聚醚(PFPE)润滑脂润滑下的摩擦学性能.方法 设计了四种表面织构与两种厚度的DLC涂层相结合,采用两种加工方法(在织构表面镀上DLC涂层,在DLC涂层上加工织构),对GCr15金属盘表面进行处理.选用全氟聚醚润滑脂作为润滑介质,通...     

不同氮含量BCN薄膜的微观结构与摩擦学行为

用电弧增强反应磁控溅射方法(AEMS)在高速钢(W18Cr4V)基体上制备出具有耐磨减摩性能的BCN薄膜。用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)和X射线光电子能谱(XPS)研究了氮含量对薄膜微观结构的影响;用显微硬度计和销盘式摩擦磨损仪研究了薄膜硬度和摩擦学行为。结果表明:用AEMS方法制备的BCN薄膜为非晶结构,薄膜中的B-N键的含量随氮含量增加而增加;薄膜中氮含量的增加使薄膜的硬度和摩擦系数升高,磨损率降低。     

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-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。     

磁控溅射制备Ti-Si-N纳米薄膜的摩擦磨损性能

采用磁控溅射方法在1Cr18Ni9Ti不锈钢基体上沉积Ti-Si-N纳米薄膜。结果发现：随着Si含量增加，薄膜的晶粒尺寸逐渐变小，晶粒尺寸范围在3nm～20nm之间。薄膜的显微硬度相对于TiN有明显增加，最大硬度可达43．5GPa。Si元素的加入亦改善了膜基结合强度。同时发现，Ti-Si-N纳米薄膜的摩擦系数和比磨损率随着Si含量的增加先减小后增加，其高温摩擦系数明显低干常温，但比磨损率却有显著提高。     

金属和陶瓷配副件条件下TiN薄膜的摩擦学特性

多弧离子镀TiN薄膜具有广泛的应用.采用多弧离子镀技术在不锈钢衬底表面沉积了TiN薄膜.用显微硬度计测试了TiN薄膜的硬度,用往复球-盘式摩擦磨损试验机评价了在GCr15和Si3N4两种不同配副件及空气中干摩擦条件下TiN薄膜的摩擦学性能,用表面轮廓仪测试了磨痕处的磨痕轮廓,用配有能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)观察和测试了磨痕形貌和磨痕处主要化学元素组成,用金相显微镜观察了配副件磨损表面形貌.结果表明:在不同配副件条件下,TiN薄膜的摩擦因数随速度和载荷的增加均出现了降低的趋势.而在相同速度和载荷下,以GCr15为配副件时TiN薄膜的摩擦因数小于以Si3N4为配副件时的摩擦因数.以Si3N4为配副件时TiN薄膜主要表现为磨粒磨损.以GCr15为配副件时TiN薄膜几乎没有磨损,而配副件GCr15主要表现为磨粒与粘着磨损.     

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。     

溅射靶功率对W-C:H薄膜结构与摩擦学性能的影响

目的研究不同溅射功率对W-C:H涂层结构与摩擦学性能的影响。方法用非平衡磁控溅射(UBMS)+等离子体增强化学气相沉积法(PECVD),以WC靶作为溅射靶,C2H2为反应气体,通过调制溅射靶功率,在316不锈钢与Si(100)基体上制备了W-C:H系列薄膜。通过场发射电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱对薄膜的微观结构和成分进行了表征。用UMT-3MT多功能摩擦机对薄膜的摩擦学性能进行了分析。结果 W-C主要以β-WC1-x纳米晶的形式均匀分布在非晶碳中,并表现出(200)面择优生长。随着溅射靶功率的上升,薄膜内W含量逐渐升高,(200)面衍射峰逐渐增强,sp2含量先降低后升高。靶功率在1.4 k W时具有较好的摩擦学性能,摩擦系数为0.15,磨损率为3.92×10-7 mm~3/(N·m)。结论随着溅射靶功率逐渐升高,柱状晶逐渐变粗,涂层的致密性逐渐降低,薄膜摩擦学性能与WC含量密切相关。