类金刚石薄膜固-液复合润滑体系真空摩擦学性能研究

为了改善类金刚石(DLC)膜在真空环境下的摩擦磨损性能,以满足其在航天领域的应用需求。本文通过离子注入与沉积技术制备了显微硬度高于20 GPa、膜基附着力大于200 mN的掺钨DLC膜,并探讨了该薄膜与几种常用的真空润滑油脂:聚α-烯烃(PAO,201润滑油)、全氟聚醚(Z25)、LH201、Braycote 601EF、Braycote 602EF复合润滑体系的真空摩擦学性能。结果表明:DLC基固-液复合润滑体系能够有效改善DLC膜在高真空条件下的快速失效问题,是DLC膜在高真空环境下的一种有效延寿途径。相较于601EF、602EF,DLC-LH201复合润滑体系具有更好的真空摩擦磨损性能。

不同分子结构聚酰亚胺固-液复合摩擦学行为与润滑机理研究

设计合成了一种新型热固性聚酰亚胺(TPI)材料,利用DMA242C型动态热机械分析仪、万能试验机以及接触角测量仪等对其机械性能、热学性能以及表面基础油PAO10的润湿性能进行表征,并与商业化的热塑性聚酰亚胺YS-20作对比,考察了两种不同分子结构的聚酰亚胺(PI)在PAO10润滑下的摩擦学行为.球-盘摩擦试验结果表明,无论是在模拟的多次“启-停”往复运动,还是模拟一次“启-停”的旋转接触运动,TPI与PAO10的固-液复合体系均具有优异的抗磨减摩性能,主要归因于TPI与PAO10之间较好的润湿性与物理吸附作用.通过分子动力学模拟的方法,进一步验证了空间化学交联TPI的空间化学交联结构增强了其表面与PAO10之间的物理吸附作用,有助于提高边界膜的构筑速度与承载能力,进而改善了两者复合体系的摩擦学行为.

微/纳米机固-液复合材料的制备及其性能研究

通过Cr掺杂的类金刚石薄膜与磷酸二丁酯四丁胺离子液体制得固-液复合润滑体系,对磷酸二丁酯四丁胺离子液体进行红外光谱表征,使用摩擦试验机评价固-液复合润滑体系在不同电场强度下的摩擦磨损性能。结果显示:固-液复合润滑体系在施加合适的电场下能获得良好的润滑性能,实现电控摩擦。

黏度、极性及配副因素在DLC薄膜固液复合设计中的影响

本文中系统研究了类金刚石(Diamond-like carbon,简称DLC)固体润滑薄膜与一系列不同黏度的烷烃、醇类液体润滑介质的复合润滑性能,并深入探讨了介质黏度、极性及摩擦配副在固液复合设计中的影响规律.我们发现所用DLC薄膜在所考察润滑介质中均表现出较好的稳定性及亲和性,而摩擦行为则呈现较大的差异:在非极性烷烃化合物润滑环境下,DLC/DLC和钢/钢摩擦副的摩擦系数随介质黏度的增加改变不大,钢/DLC摩擦副的摩擦系数则随着介质黏度的升高而逐渐降低;在极性的醇类介质中,钢/钢摩擦副的摩擦系数随着介质黏度的增大先下降后急剧上升,而钢/DLC和DLC/DLC摩擦副的摩擦系数随介质黏度的升高而降低.总之,介质黏度、极性和摩擦配副对体系润滑行为有很大影响,在进行固液复合润滑体系设计时,需综合考虑三者的相互作用关系.

不同黏度合成油下CrN/TiN多层薄膜的摩擦学特性研究

目的探究在不同黏度合成酯润滑油的作用下,CrN/TiN多层薄膜的摩擦学性能及协同润滑机制。方法选用聚α烯烃(PAO)与三羟甲基丙烷辛癸酸酯(TME)复配,得到不同黏度梯度的合成油。利用全自动黏度测定仪、倾点测试仪、开口闪点测定器和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分别对合成油的运动黏度(40、100℃)、倾点、闪点和表面官能团进行表征。利用反应磁控溅射技术在316不锈钢和单晶硅片基底表面制备CrN/TiN多层薄膜。采用X射线衍射仪和FIB-TEM表征手段对薄膜的微观结构进行分析,并用纳米压痕仪和划痕仪测试了薄膜的力学性能。利用球-盘式摩擦试验机表征薄膜在干摩擦和油润滑条件下的摩擦学性能,利用XPS对摩擦实验后的磨痕元素价态进行表征。结果CrN/TiN薄膜具有典型的面心立方结构(FCC)、异质多层结构,且其硬度可达32.2 GPa。在干摩擦条件下,与裸316基体相比,经表面镀制CrN/TiN薄膜后平均摩擦因数由0.95降至0.71,磨损深度由25.0μm降至16.8μm。在合成油作用下,316不锈钢-GCr15钢球(钢-钢摩擦副)、CrN/TiN多层薄膜-GCr15钢球(CrN/TiN多层薄膜-钢摩擦副)2种摩擦配副的摩擦因数和磨损率随着合成油黏度的增加均呈现降低趋势,且在同一黏度条件下薄膜试样的磨损率更低。结论CrN/TiN多层薄膜在PAO与TME复配获得的一系列不同黏度合成油的作用下,随着合成油黏度的增加,薄膜的磨损率和磨损深度逐渐下降,其减摩抗磨性能得到显著提升。通过磨痕表面的XPS分析可知,合成油中极性的酯基吸附在滑动界面,增强了油膜的承载性能,从而减缓了对偶间的摩擦阻力。

二硫化钼膜在不同润滑条件下的摩擦学性能分析

通过MoS2膜/钢、钢/钢摩擦副在干摩擦、油和脂润滑条件下的球-盘式摩擦学试验,对比分析润滑条件、载荷、速度对MoS2膜摩擦因数的影响。结果表明:在其他条件相同时,油和脂润滑条件下,MoS2膜在零速启动、中低速情况下的动、静摩擦因数均比MoS2干膜和钢/钢摩擦副要低;MoS2膜在干摩擦、油和脂润滑条件下,摩擦因数均随载荷增加而降低,表明法向载荷越高,MoS2膜的减摩性能越好。

溅射二硫化钼膜在不同润滑条件下的摩擦学性能分析

通过MoS2膜/钢、钢/钢摩擦副分别在干摩擦、油和脂润滑条件下的球-盘式摩擦学试验,对比分析了润滑条件、载荷、滑动速度对MoS2膜摩擦系数的影响.利用原子力显微镜(AFM)对膜层磨损形貌进行表征,研究润滑条件对膜层磨损寿命的影响.结果表明:在4122仪表油和FAG脂润滑下,MoS2膜在零速启动、中低速情况下的动、静摩擦系数均比MoS2干膜和钢/钢摩擦副的要低;固-液复合润滑时的MoS2膜的耐磨性均比干膜摩擦时有所降低,MoS2干膜的磨损率约为8.1×10-7mm3/(N.m),在油和脂润滑时其磨损率分别约为2.4×10-5mm3/(N.m)和5.5×10-6mm3/(N.m).

钛硅碳衍生碳涂层在真空中的摩擦与磨损行为研究

采用高温氯化法(800℃,5%Cl2+Ar)制备了钛硅碳衍生碳涂层(CDC@Ti_3SiC_2).通过真空浸渍处理,将1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体(LP106)浸渍到多孔层状结构的CDC@Ti_3SiC_2涂层中,得到固-液复合润滑涂层(CDC@Ti_3SiC_2-LP106).以Si_3N_4球为摩擦配副,分别考察了Ti_3SiC_2、CDC@Ti_3SiC_2和CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层在两种真空模式下的摩擦磨损性能.这两种真空模式分别为固定真空度(10–4Pa)和改变真空度(由105Pa逐渐减小至10–4Pa).随着真空度的增大,CDC@Ti_3SiC_2涂层的摩擦系数呈现先减小后增大的趋势.相比较而言,CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层的摩擦系数低且对真空度变化不敏感.在两种真空模式下,CDC@Ti_3SiC_2和CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层均显著减小了Ti_3SiC_2的摩擦系数,但其抗磨损性能并没有明显提高.