纳米弹性复合DLC薄膜的制备及其摩擦性能研究

利用磁过滤阴极真空弧沉积系统在硅片及以硅片为基底的2种弹性体材料表面沉积厚度为2．7nm的DLC膜，采用原子力显微镜和拉曼光谱仪对薄膜的形貌及成分进行分析，用纳米力学测试系统测量薄膜的弹性模量和硬度，用UMT-2型多功能微摩擦磨损试验机考察其摩擦性能．结果表明，以γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（187）为偶联剂的薄膜试样表面比以γ-氨丙基三乙氧基硅烷（APS）为偶联剂的薄膜试样表面更致密且粗糙度更低，薄膜的最上层为DLC膜．在硅表面沉积DLC薄膜可以显著降低其表面的摩擦系数（0．117～0．137），在低载荷条件下，含偶联剂及弹性体的DLC薄膜的摩擦系数低于硅表面沉积DLC的薄膜，且以187为偶联剂的薄膜试样的摩擦性能更佳；在高载荷条件下，硅表面沉积DLC的薄膜具有更优异的摩擦性能．

相对湿度对类金刚石薄膜摩擦磨损性能的影响

利用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面制备了含氢类金刚石薄膜,在球-盘摩擦磨损试验机上考察了相对湿度对薄膜摩擦磨损性能的影响,利用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪观察和分析其磨损表面形貌和化学状态的变化情况.结果表明,随着相对湿度增加,DLC薄膜的摩擦系数和磨损率增加.这主要是由于薄膜表面氧化作用所致.

用等离子体增强化学气相沉积技术制备类金刚石碳薄膜的摩擦磨损性能研究

利用射频-直流等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上沉积类金刚石碳薄膜,采用激光拉曼光谱仪和原子力显微镜对薄膜的结构和表面形貌进行表征,采用纳米压痕仪测定薄膜的硬度,并用UMT型微摩擦磨损试验机考察了薄膜在不同试验条件下的摩擦磨损性能.结果表明:所制备的类金刚石碳薄膜表面光滑致密且硬度较高;在干摩擦条件下与GCr15钢球或Al2O3球配副时显示出良好的减摩抗磨性能,摩擦系数较低,耐磨寿命较长,而在水润滑条件下同Al2O3球配副时发生灾难性磨损.

类金刚石膜的高温摩擦特性及热力学分析

采用等离子体增强化学气相沉积技术在H13钢基体上制备了含氢类金刚石(DLC)膜,摩擦配副为镀制了DLC膜的440C钢球。采用高温摩擦磨损试验机考察了DLC膜在大气环境下的高温摩擦特性。实验结果表明:DLC膜的摩擦特性随温度的升高而恶化。在摩擦初始阶段,温度低时DLC膜的摩擦系数随温度的升高而减少;而温度升高到400℃时,DLC膜的摩擦系数高达0.8。采用激光拉曼光谱仪及光学显微镜分析和观察了不同温度下摩擦副磨损表面的微观结构和表面形貌,并从热力学的角度研究了DLC膜及钢基体在大气环境下的摩擦特性。采用吉布斯自由能判据分析了高温下摩擦副摩擦化学反应发生的规律,实验结果与理论分析吻合较好,研究结果对DLC膜高温摩擦学性能的研究和设计提供参考。

类金刚石薄膜表面有机单分子薄膜的制备及其摩擦性能研究

采用加热法在类金刚石薄膜表面制备1-十八烯自组装有机单分子薄膜,采用接触角测量仪及傅立叶变换红外光谱仪表征薄膜的结构,在原子力显微镜及UMT-2MT型摩擦磨损试验机上从微观和宏观2个角度考察了薄膜的摩擦性能.结果表明,经过十八烯修饰后,DLC薄膜表面疏水性能提高,摩擦系数明显降低,有利于DLC薄膜在微机电系统中的应用.

20CrNiMo钢表面空心阴极辉光放电制备类金刚石膜

在真空炉内以石墨为电极,利用空心阴极辉光放电在20CrNiMo上成功地沉积了类金刚石(Diamond-like carbon,DLC)薄膜,利用激光拉曼(Raman)光谱分析了所制备DLC薄膜的结构;利用原子力显微镜(AFM)分析了DLC薄膜的表面形貌;利用划痕仪测量了DLC薄膜与基体的结合力并用扫描电子显微镜(SEM)观察了划痕形貌;利用球-盘摩擦磨损实验仪对DLC薄膜的耐磨性能进行了研究。结果表明:在本实验工艺条件下沉积的类金刚石薄膜厚度约为0.6μm,薄膜均匀且致密,表面粗糙度Ra为7～8 nm。类金刚石薄膜与基体结合较紧密,临界载荷达到52 N。DLC薄膜具有优良的减摩性,20CrNiMo表面沉积DLC薄膜后摩擦系数为0.15,较20CrNiMo基体的摩擦系数0.50明显减小,耐磨性能得到提高。

液相电化学法在不锈钢上沉积类金刚石薄膜

采用直流脉冲电源,以甲醇有机溶液作为碳源,通过电化学沉积法在不锈钢表面制备了类金刚石碳(DLC)薄膜。用扫描电镜和拉曼光谱分析了薄膜的形貌和结构,用MTS纳米压痕仪测试DLC薄膜的硬度和Young s模量,在CERT微摩擦系统上测试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7GPa),薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;拉曼光谱在1332.51 cm-1处出现金刚石的特征峰;在室温干摩擦条件下,薄膜同WC钢球对摩时的摩擦系数随载荷增加而略微减小,抗磨性能则随着载荷的增加而变差,对摩时发生转移并形成转移膜,耐磨寿命缩短。

液相电化学法制备类金刚石薄膜及其摩擦性能研究

采用自行设计的液相法沉积装置,以甲醇有机溶剂作为碳源,利用液相电化学沉积技术在不锈钢及Si基底上制备了类金刚石薄膜;用扫描电镜、Raman光谱仪表征了沉积薄膜的表面形貌和结构;用UMT-2M摩擦磨损试验机对两种沉积薄膜进行了摩擦性能测试。结果表明:经电化学沉积的类金刚石薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;Raman光谱在1 332cm-1处有强的谱峰,与金刚石的特征峰相吻合,其中不锈钢基底上薄膜的sp3含量更高;不锈钢基底沉积膜的摩擦系数为0.12,Si片基底沉积膜的摩擦系数为0.10;不锈钢基底沉积膜的耐磨性较Si片沉积膜高。