油润滑下水含量对DLC薄膜摩擦学性能的影响

类金刚石(DLC)薄膜已被广泛应用于发动机核心部件的摩擦学防护。为了研究在发动机运行工况下水含量对DLC薄膜摩擦学性能的影响,本研究以水-PAO6混合乳液为润滑剂,考察了发动机中广泛使用的2种DLC薄膜(a-C薄膜和a-C:H薄膜)在不同温度下的摩擦磨损性能。结果表明:在水-PAO6混合乳液的润滑条件下,摩擦系数受含水量的影响较小,总体上存在小幅增加。a-C薄膜部分失效,而a-C:H薄膜尚未出现基底暴露现象,2种薄膜的磨损率随着含水量的增加而降低。表面分析表明,水含量的增加抑制了二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)的降解过程,从而减少了润滑添加剂MoS_(2)的形成。此外,水含量的升高还促进了碳向对偶球表面的转移。碳质转移膜、MoS_(2)和铁氧化物的共同作用影响了DLC薄膜的摩擦学行为。

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/TaN/TaCN/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sp^(3)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7.01 GPa和157.87 GPa。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/cm^(2)和0.63μA/cm^(2),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/TaN/TaCN/Ta-DLC薄膜的耐磨耐蚀性能。

联合载荷下无裂纹DLC薄膜的内应力有限元分析

本文用有限元分析的方法,对受法向和切向联合载荷作用下的无裂纹类金刚石(DLC)薄膜系统内部应力进行了模拟计算,分析了不同摩擦系数和膜厚比对于内部应力的影响,数值模拟结果表明:较大的摩擦系数可以使得界面处剪切应力和Mises等效应力以及y轴Mises等效应力显著增大,而对于界面处的y向压应力影响不是很大。在一定的范围内(0<t/a<0.1),DLC薄膜的厚度越大越有利于薄膜体系内部应力的改善。模拟结果能为不同膜系系统中涂层基底结合力的评价以及界面失效临界应力的预估提供参考。

H_2/CH_4流量比对含氢DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响

利用等离子体增强化学气相沉积法在Si（100）基体上制备不同H2/CH4流量比下的类金刚石薄膜,采用拉曼光谱、红外光谱、扫描电子显微镜（SEM）、纳米力学性能综合测试仪以及摩擦磨损试验机对薄膜的组织结构、力学以及摩擦学性能进行了分析。结果表明：该条件下制备的薄膜具有典型的类金刚石结构且膜中氢含量较高,薄膜表面光滑,膜层致密且均匀,薄膜的硬度及与基底的附着力均随着H2/CH4流量比的增加而降低。薄膜在大气环境下具有优异的摩擦学性能,在相同的载荷及转速条件下,H2/CH4流量比对薄膜的摩擦因数影响不大。当载荷为5N时,随着转速的增加,摩擦因数降低;而载荷为10N时,摩擦因数约为0.05,转速对其影响较小。薄膜的磨损率在10^-8~10^-7 mm^3/Nm之间变化,且随H2/CH4流量比的增加而增大。

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。

电化学沉积DLC薄膜的摩擦学性能研究

采用直流电源,以有机溶剂作为碳源,通过电化学沉积方法在单晶硅表面制备了类金刚石碳薄膜.用原子力显微镜、拉曼光谱仪和傅立叶红外光谱仪等表征了薄膜的结构,用DF-PM型动-静摩擦系数精密测定仪考察了薄膜的摩擦学性能.结果表明:电化学沉积含氢类金刚石碳薄膜的硬度较高(约14GPa),薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;在室温干摩擦条件下,薄膜同GCr15钢以及α-Al2O3和Si3N4陶瓷对摩时的摩擦系数随载荷增加而略微减小;陶瓷材料/类金刚石碳膜的摩擦系数较低,钢/类金刚石碳膜的摩擦系数较高;类金刚石碳薄膜同Si3N4陶瓷对摩时呈现断裂剥落特征;同GCr15钢对摩时发生转移并形成转移膜,耐磨寿命缩短.

钛合金表面DLC薄膜的制备及其与不同材料配副的摩擦学性能研究

利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在钛合金TC4表面制备了梯度结构DLC薄膜,并研究了DLC薄膜微观形貌结构、力学性能以及不同对偶球材料(包括4种陶瓷与4种金属材料)对其摩擦学性能的影响.结果表明:所制备的梯度结构DLC薄膜表面相对光滑平坦且与基底结合紧密,具有良好的力学性能;对于陶瓷球/DLC配副,在摩擦过程中由于对偶球硬度较大且耐磨,从而在陶瓷球表面易于形成稳定的碳质转移膜,SiC/DLC、Si_(3)N_(4)/DLC和ZrO_(2)/DLC表现为轻微的磨粒磨损和黏着磨损,而Al_(2)O_(3)球表面的碳元素含量较高使得DLC薄膜虽然发生破损和剥落但其摩擦系数仍保持在较低水平;金属球/DLC与陶瓷/DLC相比较,由于金属对偶球硬度较低,在摩擦过程中碳质转移膜无法稳定地覆盖在金属球,引起较高的摩擦系数,Al/DLC主要表现为严重的磨粒磨损,而Brass/DLC、304SS/DLC和GCr15/DLC主要为轻微的磨粒磨损或黏着磨损;SiC/DLC、ZrO_(2)/DLC、304SS/DLC和GCr15/DLC的DLC薄膜均具有较低的摩擦系数和磨损率且对偶球的磨斑较小,故其为较合理的摩擦副.赫兹接触分析表明,陶瓷/DLC中除了ZrO_(2)/DLC,平均摩擦系数和计算接触半径的变化趋势是一致的,而在金属/DLC中并未发现这一规律.

DLC薄膜的表面形貌及其摩擦学性能研究

以真空蒸发碳离子束辅助镀膜法制备了DLC薄膜,通过原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)观察了该薄膜的表面形貌,对该薄膜的表面形貌对其摩擦学行为的影响进行了研究。研究发现:用真空蒸发碳离子束辅助镀膜的方法制备的类金刚石薄膜表面光滑,颗粒均匀,粒度小,摩擦因数降低;DLC薄膜比弹簧钢片及Ti6Al4V球基体耐磨;DLC薄膜的摩擦学性能在摩擦过程中会进一步改善。

TiNi表面磁控溅射DLC薄膜的纳米压痕与摩擦性能

采用室温磁控溅射技术在TiNi合金表面制备出DLC/SiC(类金刚石/碳化硅)双层薄膜(SiC为中间层),采用拉曼光谱仪、纳米压痕仪和球-盘式摩擦磨损仪研究DLC薄膜的结构、纳米压痕和摩擦性能。结果表明:制备的DLC/SiC薄膜石墨含量高、纳米硬度(5.493 GPa)低、弹性模量(62.244 7 GPa)低。在以氮化硅球(半径为2 mm)为对摩件,4.9 N载荷、室温、Kokubo人体模拟体液润滑下,该DLC/SiC薄膜具有低且稳定的摩擦因数,其平均值约为0.094。

HIPIB烧蚀等离子体沉积DLC薄膜结构及性能

利用强流脉冲离子束(HIPIB)烧蚀等离子体在Si(100)基体上快速沉积类金刚石(DLC)薄膜.电压为250keV,束流密度为250A/cm2,脉宽为70ns的离子束(主要由碳离子和氢离子组成)聚焦到石墨靶材上,使石墨充分电离产生稠密的烧蚀等离子体,在石墨靶的法线方向的Si基体上沉积出非晶的DLC薄膜,基片温度选择25℃和100℃.XPS分析显示DLC薄膜中sp3C的含量达到40%.扫描电镜和原子力显微镜分析得知薄膜表面比较光滑,100℃时沉积的DLC薄膜的表面更光滑,表面粗糙度为0.927nm,其摩擦因数为0.10;TEM分析表明DLC薄膜的相结构是非晶的;X射线衍射分析得出薄膜的宏观残余应力为压应力,其大小约为4GPa.

一种新型的光学增透膜——DLC及改性DLC薄膜

光学增透薄膜是一种很重要的光学材料,传统的MgF_2和ZnS增透膜具有强度低的缺陷,已经不能满足现代科技进步的需要。回顾了近年来关于DLC薄膜和CN薄膜光学性能的研究情况,讨论了改性的DLC薄膜用做增透膜的可行性。从理论和实践两个方面进行了探讨,结果表明DLC薄膜和CN薄膜在光学增透领域具有广阔的应用前景。

超快激光加工的微结构界面对DLC薄膜磨损性能影响研究

采用飞秒超快激光在GCr15轴承钢基体表面上制备了条纹、方格结构,并研究对类金刚石(DLC)薄膜结构、结合强度和耐磨性能影响。利用Raman光谱、扫描电镜、白光干涉形貌仪分析薄膜化学结构及形貌,利用划痕实验仪及SRV磨损试验机对薄膜结合强度、磨损性能进行测定。研究表明,功率密度0.96、400 mm/min、加工间距150~350μm条件下的获得的微结构对DLC薄膜sp3键含量有提升作用,并影响DLC薄膜的结合强度和耐磨性。在间距250μm条纹结构上的DLC薄膜具有最佳的性能,硬度约16 GPa,最高结合力极限载荷52 N,面-面接触、20 N载荷下磨损率1.35×10^(-6)mm^(-3)/N·m,耐磨性与无微结构DLC相比,最高可提高50倍。

磁控溅射功率对玻璃基DLC薄膜的结构和硬度的影响

用直流-射频磁控溅射镀膜工艺,在不同的溅射功率条件下,制备了玻璃/Si C/DLC(diamond-like carbon)薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、共焦显微拉曼光谱仪(Raman)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、纳米显微硬度仪,研究了DLC薄膜的组织结构、物相组成、表面形貌、维氏硬度。结果表明,随着功率的增大,ID/IG值先增大后减小,薄膜硬度呈现先增大后减小的趋势;当溅射功率为200 W时,ID/IG值为0. 56,镀膜玻璃的硬度值最大(830HV),相比未镀膜的玻璃基片,硬度值增加了23. 88%。

Ti6Al4V表面离子束辅助沉积DLC薄膜及其摩擦学性能研究

利用离子束辅助沉积(IBAD)的方法来制备含氢DLC薄膜，在球-盘微摩擦试验仪上对DLC薄膜及Ti6Al4V分别与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)组成的摩擦副的摩擦学性能进行了研究。结果表明：在Ti6Al4V球表面用离子束辅助沉积技术可以沉积DLC薄膜，所制备的DLC薄膜能有效地减小摩擦系数，改善摩擦学性能，在干摩擦下DLC薄膜表现出一定的减摩作用，在生理盐水润滑的条件下，DLC薄膜具有优异的减摩作用。

碳相成分对DLC薄膜血液相容性影响的能量机制

以6个不同工艺条件制备的DL C薄膜为样本,在前期碳相成分与表面能量参数测定、碳相成分和表面能量参数与血小板黏附特性关联分析的基础上,用T型关联度法,进一步对碳相成分和表面能量参数进行了灰色关联分析。结果显示:(1)在6个表面能量参数中,临界表面张力与碳相成分的整体关联最大,其次为表面张力的色散分量,其它则关联较小;(2 ) DL C碳相与临界表面张力和表面张力的色散分量有较大的负关联度(- 0 .5 7,- 0 .33) ,而与亲水性的其它表面能量参数的关联度均为小于0 .2 0的正值;(3) C- H碳相和C- O碳相与临界表面张力呈较大的正相关(0 .4 8,0 .2 5 )。据此得出分析结论:(1) DL C碳相主导DL C薄膜的血液相容性,其作用机制是对表面润湿性的强抑制和亲水性的有限增强;(2 ) C- H碳相和C- O碳相促使血小板变形的能量机制是增大DL C薄膜的临界表面张力;(3)评价DL C薄膜的血液相容性,既可用临界表面张力作指标设立标准,也可以对DL C碳相的含量要求、辅以对C- H碳相和C- O碳相的含量限定设立标准。本研究为用表面性质表征DL C薄膜的血液相容性提供了理论依据。

AZ31表面混合碳源制备DLC薄膜的结构和性能

为了提高镁合金的耐蚀性和耐磨性,扩大镁合金的应用,节能减排,保护环境,采用绿色环保的磁控溅射技术在AZ31表面制备了强保护性的DLC薄膜。采用X射线小角掠入射研究薄膜的物相结构,借助扫描电镜观察薄膜表面形貌、横截面形貌和腐蚀形貌,采用纳米压痕仪测试薄膜的力学性能,分别采用电化学工作站和摩擦磨损试验机研究薄膜的耐蚀性和耐磨性,膜基的结合性能采用划痕试验评估。结果表明,薄膜为无定形碳结构,随着活性气体流量的增加,薄膜结构由非晶向纳米晶转变。薄膜与基体结合良好,结合力19~25 N。薄膜表面具有弥散分布的不规则颗粒,且表面粗糙度受活性气体流量影响明显。薄膜厚度1.15~1.18μm,活性气体流量对薄膜厚度影响很小。随着活性气体流量的增加,DLC薄膜的硬度和杨氏模量增大,其最大值分别为17.35 GPa和94 GPa;摩擦系数和磨损率降低,其最小值分别为0.103和6.45×10^(-10)mm^(3)/(N·m)。活性乙炔流量5 mL/min时,薄膜的耐蚀性能最好,活性乙炔流量10 mL/min时,薄膜的耐磨性能最好。

干气密封两种典型螺旋角与DLC薄膜的摩擦性能

低转速和高压力的操作工况对干气密封端面磨损情况十分严重,因此提出静环制备类金刚石(DLC)薄膜,结合槽型结构,分析其动静环端面的摩擦特性。利用摩擦磨损实验机对不同螺旋角下的干气密封进行实验,测试端面温升、摩擦系数及表面磨损形貌的变化规律。实验结果表明,随着载荷和转速的增加,16°螺旋角的摩擦温升、摩擦系数、磨痕均小于18°。在同一工况下18°螺旋角平均摩擦系数比16°大0.02,平均摩擦温升高5℃。一方面由于螺旋角的不同引起界面法向力大小不同,使18°螺旋角的端面磨损程度大于16°。另一方面随着载荷和转速的增大,DLC薄膜石墨化程度加剧,提高润滑性;说明DLC薄膜和螺旋槽对端面摩擦磨损起到了关键作用。另外,端面内圈的磨损程度大于外圈,可以推断螺旋槽能减缓端面的磨损。实验结果为今后螺旋槽干气密封优化设计和工程实际应用奠定了一定基础。

碳离子束注入辅助蒸发低温沉积DLC薄膜研究

采用碳离子束注入辅助蒸发技术低温沉积了DLC薄膜,对薄膜沉积的工艺参数进行了优化,并对该薄膜的摩擦学行为进行了探讨。研究发现:碳离子束注入辅助蒸发技术沉积的DLC薄膜在离子量为3.0×1017ions/cm2,沉积率为0.1nm/s时具有最小的摩擦因数(<0.1);电流为2.0mA比3.0mA条件下所沉积的DLC薄膜表面光滑;磨损试验后,DLC薄膜的表面只有轻微磨损的痕迹。

DLC薄膜微织构表面对干气密封环摩擦性能的影响

在干摩擦情况下,研究干气密封环类金钢石(DLC)薄膜织构表面的摩擦性能,并揭示织构表面对界面摩擦学行为的作用机制。应用HDM20型端面摩擦磨损试验机测试了摩擦系数随凹坑直径、面密度的变化情况;用ST400三维非接触式表面形貌仪进行磨损前后表面形貌测量分析。研究结果表明:微织构化的DLC薄膜端面具有很低摩擦系数;在工况一致的条件下摩擦系数随着凹坑直径的增加而减小,随着面密度的增加而增加,但是摩擦系数变化的振幅减小。研究成果为干气密封环端面的摩擦学研究和端面微织构的优化提供了一定依据。