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。     

多级触发脉冲电弧源技术制备掺氮ta-C薄膜的力学性能研究

多级触发脉冲电弧源技术指由前一级电弧放电引发后一级电弧放电的技术,具有高真空下工作、瞬时电流高达上万安培和有效过滤大颗粒等特点,因而非常适合于ta-C薄膜的制备。本研究通过在制备过程中引入氮气,在室温条件下制备了含氮ta-C薄膜。研究发现：当气压从本底真空升高至1.3×10^-2Pa时,膜层中的N原子分数从0%升至8.9%左右,随后不再随氮气分压的增加而呈现严格的增加关系。膜层中掺杂的N和C发生了化学反应,生成了sp²态和sp³态的C-N,膜层残余压应力明显下降,硬度略有降低。当沉积气压从3.7×10^-2Pa逐步升高至6.0×10^-1Pa时,虽然薄膜氮含量并未增加,但其sp²含量逐渐增多,sp³含量逐渐降低,导致膜层硬度和应力逐步降低。在氮原子百分比含量低于8.9%时,薄膜的摩擦因数在0.14～0.15之间,随后随着沉积气压的升高由0.15增长至0.5。最后在钛合金基体上制备了含氮ta-C薄膜,摩擦因数为0.14～0.15,综合性能优异...     

铝掺杂类石墨薄膜的构筑及其摩擦学性能研究

利用磁控溅射技术在硅片表面上制备铝掺杂类石墨(Graphite-like carbon,GLC)薄膜,采用原子力显微镜、场发射扫描电镜、X射线光电子能谱仪、纳米压痕仪等考察铝掺杂对薄膜表面形貌、结构及其机械性能的影响规律;利用旋转的球一盘微摩擦试验机考察薄膜的摩擦行为.结果表明:铝的引入使GLC薄膜表面更加平整、致密;GLC薄膜的硬度和弹性模量随着掺铝量的增加而增加;低载低速时,薄膜摩擦因数随着铝含量的增加而增加,高载高速时,摩擦因数随铝掺入量的增加明显降低且更稳定.     

沉积气压对氮化钒(VN)涂层微结构及其性能的影响*

为研究沉积气压对VN涂层力学性能和摩擦性能的影响,采用离子镀制备VN涂层,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等设备检测VN涂层的物相结构、表面形貌,采用划痕仪测试基体与涂层的膜基结合力,采用摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦因数。结果表明:随着沉积氮气气压的升高,VN衍射峰强度逐渐增强,具有(200)晶面择优取向,表面平整度高;随着沉积氮气气压变化,涂层显微硬度和膜基结合力呈抛物线变化趋势,在氮气气压为1.0 Pa时,涂层硬度最高为HV2284,结合力最大为45 N,并具有稳定的摩擦因数,平均摩擦因数为0.85。通过调控沉积气压,多弧离子镀技术可以制备出性能更优越的VN涂层。     

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。     

非平衡磁控溅射制备Cr掺杂DLC复合薄膜的高温摩擦学性能

元素掺杂是提升DLC薄膜摩擦学性能和耐温性能的重要途径。采用直流磁控溅射技术在304不锈钢基体表面沉积了含氢DLC薄膜,同时利用射频磁控溅射技术完成Cr元素的掺杂,研究Cr元素掺杂对DLC薄膜的力学性能及摩擦学性能的影响。采用纳米压痕仪测试薄膜硬度并利用划痕试验测试膜基结合力,采用拉曼光谱分析薄膜sp²和sp³键含量的变化和转移膜的生成。采用UMT多功能摩擦磨损试验机评价薄膜在常温和高温环境下的摩擦磨损性能,并利用扫描电镜观察磨损表面,分析其磨损机制。结果表明,Cr元素掺杂会显著提高薄膜的膜基结合力,但会使薄膜硬度有一定的下降。常温摩擦学性能测试显示,DLC薄膜的摩擦因数随着Cr含量的增加呈现出先下降后上升的趋势,在Cr质量分数为3.34%时达到最低;但薄膜的磨损率随Cr含量的增加略有升高。高温摩擦学性能测试表明,Cr元素掺杂显著改善了DLC薄膜的高温摩擦学性能,未掺杂的DLC在150℃以上摩擦时会失效,Cr元素掺杂使薄膜在250℃下也能保持较低的摩擦因数和较长的抗磨寿命。Cr元素的加入能够提高DLC薄膜的膜基结合力,降低摩擦因数,并提高薄膜...     

CrSiCN薄膜的力学性能及水润滑特性研究

运用非平衡磁控溅射技术,通过改变硅烷的流量,在Si(100)和316L不锈钢片基材上沉积不同元素含量的CrSiCN四元薄膜;运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和纳米压痕仪分别研究薄膜的结构、表面形貌和纳米硬度;运用球-盘摩擦磨损试验机研究水润滑下CrSiCN薄膜与Al_2O_3小球对摩的摩擦学特性。结果表明:由于固溶强化和纳米复合结构的形成,CrSiCN薄膜在硅烷流量为10 sccm获得最大硬度19.3 GPa和最大弹性模量306.9 GPa,继续增加硅烷流量,由于薄膜结构向非晶态转变,薄膜硬度降低;硅烷流量为10 sccm得到的薄膜CrSiCN具有最低的摩擦因数0.24,随着硅烷流量的增加,由于硬度的降低和过量非晶相的形成,薄膜抗磨性能降低,摩擦因数波动较大。     

高速钢表面镀覆DLC膜的结构及其摩擦特性研究

以高纯石墨作靶材、N2/Ar为工作气体,采用非平衡磁控溅射技术在高速钢上制备了光滑、致密、均匀的掺氮DLC膜。用XPS、Raman光谱仪表征了DLC膜的结构,并在球-盘摩擦试验机上研究了其摩擦特性。结果表明:工作气体中的N2比例对DLC膜结构及其摩擦特性影响较大,随着N2比例的增加薄膜中sp3的比例减少,而sp2和碳氮键的比例增加;随着N2比例的增加,薄膜摩擦因数先减后增,这与薄膜中sp3比例下降和sp2比例增加而导致薄膜的硬度以及内应力变化有关。就本试验而言,工作气体中N2比例不应高于20%。     

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。     

不同铁含量镍-铁合金镀层的摩擦磨损性能

采用电沉积方法在LY12CZ铝合金表面制备了不同铁含量的镍-铁合金镀层,研究了铁含量对合金镀层硬度和摩擦磨损性能的影响;并根据镀层的磨损形貌探讨了其磨损机理。结果表明:当铁含量低于12.63%(原子分数,下同)时,随着铁含量增加,镀层的硬度增加,摩擦因数减小,耐磨性能提高;当铁含量为由12.63%增至23.59%时,镀层的摩擦因数略有增加,硬度和耐磨性能有所降低;镍镀层的主要磨损机理为显微推碾,随着铁含量的增加,镍-铁合金镀层的磨损机理由显微推碾转变为显微切削。     

聚合物填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能

采用机械共混-冷压成型-烧结的工艺制备了PEEK、PPS填充PTFE基粘弹．摩擦型阻尼材料，用环-块式磨损试验机研究了在干摩擦条件下的摩擦磨损性能；用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌和内部组织结构。结果表明：混合填充PEEK和PPS时，2种填充物的比例对材料的摩擦因数影响不大，当二者含量相近时，摩擦因数最大；填充物对磨损性能的影响与对摩擦因数的相同；随着PEEK含量的增加和PPS含量的减少，材料的磨损方式由疲劳剥落磨损为主转变为犁削、粘着磨损；PTFE含量的增加，使得复合材料的摩擦因数减小，而磨损有所增大。综合考虑认为，PTFE与适当比例的PEEK／PPS混合填充，具有合适的摩擦因数和较好的耐磨性，能够满足特殊工况下阻尼材料的需要。     

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。     

Wear-Resistant PTFE/SiO2 Nanoparticle Composite Films

Polytetrafluoroethylene (PTFE) is a polymer that is well known for its exceptional tribological properties and, as such, it is commonly used to reduce the coefficient of friction between surfaces. In recent years it has also been established that by incorporating nanoparticle fillers in PTFE, it is possible to extend the polymer's life by reducing its wear rate. Although much study has been placed on bulk PTFE, very little study has been focused on thin films. This article demonstrates that SiO ₂ nanoparticles can be used as a filler to significantly reduce the wear of PTFE thin films while also maintaining a low coefficient of friction. The wear resistance and coefficient of friction of PTFE/SiO ₂ composite films on stainless steel substrates were tested using a linear reciprocating tribometer and compared to pure PTFE films and bare stainless steel to evaluate the benefit of incorporating the SiO ₂ filler in the film. The composite films showed a significant improvement in wear resistance when compared to pure PTFE films. The coefficient of friction for the composite film remained low and stable during a 50 g normal load friction test for a duration of approximately 300 cycles, whereas that of PTFE showed an increasing trend at onset. In addition, of 1.7 and 3.3 wt% SiO ₂ concentrations in solution, 3.3 wt% SiO ₂ showed better performance, with a much higher wear resistance than that of 1.7% SiO ₂ after being subjected to a 1,000-cycle abrasive wear test.     

ZrO2陶瓷与304钢配副高水基液压元件摩擦学性能

采用Rtec摩擦磨损试验机MFT-5000、白光三维干涉仪和扫描电镜,考察不同载荷和高水基乳化液浓度条件下ZrO₂陶瓷与304钢配副的摩擦系数、磨损体积和表面形貌,并探讨其磨损机制。通过控制变量法分析表明:载荷比高水基乳化液浓度对摩擦系数的影响较大,且随着载荷的增大,摩擦系数趋于稳定,而磨损体积增大;随着浓度的增大,摩擦系数逐渐减小并趋于稳定,磨损体积先减小后增大,在100 N/Hz和浓度为6%工况下,陶瓷与钢配副的摩擦系数和磨损体积最小;陶瓷与钢配副在高水基乳化液中以氧化磨损为主,且随着浓度增大,氧化磨损先增大后减小,伴有犁削磨损。陶瓷与钢配副模拟液压元件内部摩擦副的润滑效果,通过分析试验结果找到合适的工况来提高液压元件的寿命和工作效率。     

复合润滑结构表面在油润滑下的减摩性能*

为研究不同表面处理方式对巴氏合金/45钢配副表面减摩性能的影响,采用热压固化工艺将六方氮化硼封装于表面织构内,制备复合润滑结构表面;在油润滑下进行销-盘磨损试验,使用递归定量分析（Recurrence quantification analysis,RQA）参数划分磨损过程;研究复合润滑结构表面在磨合期和正常磨损期的减摩性能,并与纯织构表面减摩性能进行对比。结果表明：复合润滑结构表面拥有较低摩擦因数和显著减摩效果,其减摩性能优于纯织构表面;相比无织构表面,复合润滑结构表面在磨合期内的平均摩擦因数下降77.9%,在正常磨损期内的平均摩擦因数下降73.5%且磨合期的时长缩减75.0%;较大织构孔径的复合润滑结构表面的减摩效果更好且磨合期更短;纯织构和复合润滑结构表面的减摩效果均在较高速度和载荷下更显著;各试样表面在磨合期的摩擦因数越低,对应进入正常磨损期后就越低。     

碳黑填充PTFE复合材料干摩擦磨损性能分析

以碳黑为填料制备了PTFE基复合材料,并研究了该复合材料在干摩擦条件下与不锈钢对摩时的摩擦磨损行为,并探讨其磨损机制。实验结果表明,碳黑/PTFE复合材料的摩擦因数随着碳黑含量的增加呈增加的趋势,其耐磨性能明显优于纯PTFE。当碳黑的质量分数为5%时,其抗磨性能最好。SEM观察发现纯PTFE的断面上分布着大量的带状结构,而填充了碳黑后,则未观察到这种带状结构,这说明碳黑有效地抑制了PTFE结构的破坏。对PTFE和碳黑/PTFE复合材料的摩擦表面的SEM观察发现,前者的摩擦表面分布着较明显的犁削和粘着磨损的痕迹,而后者的摩擦表面则平整光滑,这表明以碳黑作为填料可有效地抑制PTFE的磨损。     

Ekonol/石墨/MoS2填料对PTFE力学和摩擦磨损性能的影响

研究了Ekonol含量对Ekonol／石墨／MoS2／P，PTFE复合材料的力学性能、摩擦磨损性能的影响，以及滑动速度、载荷对材料摩擦磨损性能的影响；用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损后的表面形貌，并探讨了其磨损机制。结果表明：加入填料降低了材料的拉伸强度和弯曲强度，但提高了弯曲模量和硬度；同时填料能提高材料的磨损性能，但使摩擦因数升高了；当Ekonol含量较低时，磨损机制为粘着磨损，随着填料含量的增加，Ekonol分散到基体中，起到了承载作用，阻止了PTFE基体的带状破坏，磨损机制为疲劳磨损和轻微的粘着磨损；摩擦因数随载荷的增大而减小，随滑动速度的增大而增大，在相同的滑动时间内，磨痕宽度随载荷和滑动速度的增大而增大。     

Tribological properties of metal-plastic multilayer composites under oil lubricated conditions

Three kinds of metal-plastic multilayer composites, which were composed of a steel backing, a middle layer of sintered porous bronze and a surface layer of polytetrafluoroethylene (PTFE) filled by Pb or Cu₂O powders, were prepared. The friction and wear properties as well as the limiting pressure times velocity (PV) values of these metal-plastic multilayer composites sliding against 45 carbon steel under both dry and oil lubricated conditions were evaluated on a MPV-1500 friction tester with a steel axis rotating on a journal bearing. The worn surfaces of these metal-plastic multilayer composites and the transfer films formed on the surface of steel axis were examined by electron probe microscopy analysis (EPMA). Experimental results show that filling of Pb to PTFE reduces the friction coefficient and wear of the composite, while filling of Cu₂O to PTFE increases the friction coefficient but decreases the wear of the composite. The friction and wear properties as well as the limiting PV values of these metal-plastic multilayer composites can be greatly improved with the oil lubrication. EPMA investigations show that Pb and Cu₂O fillers preferentially transfer onto the surfaces of steel axis, which may enhance or deteriorate the adhesion between transfer films and steel surfaces. Meanwhile the transfer of these metal-plastic multilayer composites onto the steel surface can be greatly reduced with oil lubrication, which results in the remarkable decrease of the wear of these metal-plastic multilayer composites.     

腐蚀介质条件下NiCrBSi/WC喷熔层的摩擦学性能研究

采用氧-乙炔火焰喷熔工艺,制备了碳化钨颗粒增强镍基合金喷熔层(NiCrBSi/WC),研究了它在腐蚀介质条件下的摩擦磨损行为与机理,并考察了载荷、滑动速度对其摩擦磨损性能的影响规律。研究结果表明:NiCrBSi/WC具有良好的耐腐蚀磨损性能,且当WC含量为20%时,腐蚀磨损率最低;WC含量超过20%后,由于喷熔层存在“腐蚀原电池”效应,其腐蚀磨损率增大。NiCrBSi/WC的腐蚀磨损率随载荷增加而变大,随速度增大而减小。载荷的增加使喷熔层的犁削磨损加剧,导致摩擦系数和磨损率增大;速度的增大造成摩擦界面温度上升,可生成摩擦转移膜,从而降低了喷熔层的磨损率。     

工艺条件对类金刚石薄膜在不同介质环境下摩擦学性能的影响研究

考察了基底负偏压对类金刚石薄膜(DLC)在无水和有水环境下摩擦性能的影响。利用电子回旋共振等离子体化学气相方法沉积制备DLC薄膜,利用激光拉曼(Raman)、原子力显微镜(AFM)和纳米硬度计表征了其结构特征,用UMT型多功能摩擦磨损实验机考察了其摩擦性能,并用光学显微镜分析了磨痕特征。结果表明:随着基底偏压的增加,表面粗糙度减小;在无水条件下,基底偏压较低的DLC薄膜摩擦因数较高,并存在一定的波动性,基底偏压较高时,摩擦因数较低。在有水条件下,基底偏压对摩擦因数影响不大。总体来说,加水后薄膜磨损较为严重。