固体润滑薄膜在塑性微成形中的应用进展

评述了塑性微成形技术在微细加工领域存在的优势和由于尺寸效应的影响而面临的挑战,综述了近年来国内外固体润滑薄膜在体积微成形和薄板微成形中的应用进展,简单介绍了笔者在该领域的研究成果,展望了固体润滑薄膜在塑性微成形中有待研究的方向。

发动机气门应用固体润滑薄膜研究

利用多层梯度复合技术,在气门表面制备出了低摩擦固体润滑薄膜,厚度为2.1μm,强度达13GPa,接合力为50N。与渗氮气门相比,强度提高了近2倍,磨损率降低了1/6。该技术具有自主知识产权,实现了气门批量化覆膜加工,并有望在发动机主要摩擦副上推广应用。产业化应用后,将使发动机的寿命提高2倍,油耗降低1%～3%,CO2排放降低2%～4%,可为开发环境友好的新型发动机提供技术保障,并提高自主品牌汽车在国内外市场上的竞争力。

专注固体润滑薄膜研究的材料人——中国科学院兰州化学物理研究所张斌研究员

张斌,博士,中国科学院兰州化学物理研究所研究员,硕士生导师,先进润滑与防护材料研发中心主任助理,纳米润滑课题组副组长.兼任中国机械工程学会表面工程分会青年委员会委员、中国机械工程学会摩擦学分会青年委员会委员、中国机械工程学会磨损与表面工程专委会委员、中国科学院青年创新促进会工程与装备委员会委员、中国科学院青年创新促进会兰州化学物理研究所分会副组长等职务.

Ti-Al金属间化合物润滑薄膜制备及其摩擦磨损性能研究

采用双靶反应磁控溅射法在不锈钢基体表面沉积Ti-Al二元金属间化合物薄膜，采用改变基体相对于靶材位置的方法调整薄膜中Al和Ti含量，通过对薄膜成分和结构表征以及摩擦系数测定，并结合Ti-Al合金相图系统研究不同成分薄膜的摩擦磨损特性．结果表明：随着薄膜中Al含量在43．20at％-67．89at％之间改变，薄膜的摩擦系数处于0．05—0．30之间；当薄膜中Al含量为45．59at％时，薄膜的摩擦系数最小，为0．05，且Al含量为43．20at％-48．23at％的薄膜的摩擦系数均小于0．10；当Al含量大于48．23at％时，随着Al含量的增加，薄膜的摩擦系数增至0．32；当Al含量为43．20at％-48．23at％时，薄膜中形成了α2-Ti3Al＋γ-TiAl两相共存组织，具有减摩效果的同时，使其磨损率降低12．57％-38．41％．

类金刚石薄膜的摩擦性能及其应用

首先从成键结构的角度分析了DLC薄膜摩擦性能的由来,然后分别从DLC薄膜的沉积工艺(包括制备方法、气源种类和掺杂元素)、摩擦环境条件和基底材料选择等三方面入手,讨论了影响DLC薄膜摩擦性能的主要因素及其影响规律。经过总结发现,通过调节DLC薄膜的沉积工艺可以改变DLC薄膜中sp^2杂化碳的含量以及氢的含量,进而影响DLC薄膜的摩擦性能;真空、惰性气体和低湿环境有利于获得更好的摩擦效果;过渡层和偏压有利于提高DLC薄膜与基底之间的附着力,其摩擦性能也会得到提升。最后对DLC薄膜在机械加工及耐磨器件、光学和电子保护以及生物医学领域的应用进行了综述,并对应用过程中存在的两大问题——DLC薄膜的内应力和热稳定性进行了分析,归纳了一些具体的解决方案,并对DLC薄膜的发展趋势进行了展望。

橡胶表面碳基薄膜耐磨改性研究进展

橡胶具有良好的压缩性和回弹性及良好的气密性、耐溶剂性等性能,是航空航天、石油化工、汽车工业等领域必不可少的密封材料。然而,实际服役中其因摩擦因数极高(≥1)而易磨损失效,进而引发密封介质泄漏,严重影响设备安全性及服役寿命。类金刚石碳基薄膜由于其高硬度、化学惰性、低摩擦磨损特性等被认为是最有前景的橡胶表面耐磨改性涂层。一方面,通过调整薄膜沉积参数可以控制薄膜灵活度和沉积温度,足够的灵活度要求薄膜能够适应橡胶软基底形变而不会发生崩落,而低的沉积温度可以避免降解或破坏橡胶基底;另一方面,碳基薄膜的化学成分(主要包括碳和氢)与橡胶展现出极好的相容性,可以确保其良好的结合强度。综述了近20年来橡胶表面碳基薄膜耐磨改性研究的重要结果和最新进展,总结了目前研究中尚未解决的问题及未来的研究方向。

MEMS中的摩擦学研究及发展趋势

对近年国内外MEMS摩擦学研究的新进展作了综述,介绍了MEMS系统的纳米摩擦学特性,讨论了包括环境条件、材料处理、表面改性、固体薄膜润滑、分子超薄膜润滑等在解决MEMS摩擦和润滑问题上的研究状况,并提出了当前相关研究中所遇到的问题,及今后MEMS摩擦学发展的方向。

Lubrication properties of silver-palladium alloy prepared by ion plating method for high temperature stud bolt

As a solid lubricant, silver-palladium (Ag-Pd) alloy coating was investigated for the application to high temperature stud bolt. A glue layer nickel (Ni) film was deposited on the surface of the hex bolt sample and then Ag-Pd alloy coating was performed on it using ion plating method. The friction coefficient of Ag-Pd alloy film coated bolt was lower than that of N-5000 oil coated bolt by the result of axial force measurement. The cyclic test of heat treatment was conducted to evaluate the durability of Ag-Pd alloy film coated bolt. In a cycle, sample was assembled into the block using torque wrench, followed by heating and disassembling. It was not successful to disassemble the N-5000 oil coated bolt from the block after only one cycle. However, the Ag-Pd alloy film coated bolt was able to be disassembled softly till 12 cycles.