非晶碳基薄膜材料多環(huán)境下的摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、非晶碳基薄膜材料具有較高的硬度、優(yōu)異的摩擦學(xué)性能等特點(diǎn)使其在科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域獲得越來(lái)越廣泛的關(guān)注，然而薄膜的內(nèi)應(yīng)力與結(jié)合強(qiáng)度問(wèn)題、環(huán)境敏感性問(wèn)題和韌性差問(wèn)題等成為非晶碳基薄膜材料研究面臨的主要挑戰(zhàn)。
　　本論文通過(guò)磁控濺射技術(shù)，在304不銹鋼上制備了以sp2鍵結(jié)構(gòu)為主要成分的類(lèi)石墨碳膜（GLC與GLC-Cr）及以sp3鍵結(jié)構(gòu)為主要成分的多層梯度類(lèi)金剛石薄膜（Cr/WC/DLC）。利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）、拉曼光譜儀（R

2、aman）、X射線光電子能譜儀（XPS）、納米壓痕儀、劃痕測(cè)試儀等測(cè)試技術(shù)分析薄膜樣品的結(jié)構(gòu)及機(jī)械性能，利用UMT-3型多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)及Rtec-MFT5000型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察了非晶碳基薄膜材料的多環(huán)境摩擦學(xué)性能，相關(guān)結(jié)果為非晶碳基薄膜材料在摩擦學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供了理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)，結(jié)論如下：
　　1、本實(shí)驗(yàn)參數(shù)下制備的類(lèi)石墨碳膜中，Cr的摻雜促使了類(lèi)石墨碳膜中sp2雜化鍵的形成，降低了 GLC薄膜的硬度及彈性模量，

3、但在大氣干摩擦、去離子水及發(fā)動(dòng)機(jī)油3種不同環(huán)境下均使得類(lèi)石墨碳膜的摩擦學(xué)性能得到明顯改善，降低了類(lèi)石墨碳膜對(duì)環(huán)境的敏感性，改善了GLC薄膜在多環(huán)境（或變工況）下的不穩(wěn)定性。
　　2、GLC-Cr薄膜具有良好的抗酸堿腐蝕性能，與去離子水相比，帶有Na+及Cl-離子的酸堿溶液介質(zhì)下，GLC-Cr薄膜的摩擦系數(shù)及磨損率均能得到有效改善；而陰陽(yáng)離子相比，陰離子（Cl-）的濃度對(duì)薄膜的抗腐蝕性能具有負(fù)影響，使 GLC-Cr薄膜抗堿性溶液腐蝕

4、性能比其抗酸性溶液腐蝕性能更好，但與 Si3N4配副時(shí)的摩擦化學(xué)反應(yīng)使薄膜在酸性環(huán)境下的摩擦學(xué)性能較堿性環(huán)境下的更優(yōu)異，且隨酸的濃度增加減磨作用越大。
　　3、在不同黏度PAO基礎(chǔ)油介質(zhì)下，類(lèi)石墨碳薄膜在油環(huán)境下的固液復(fù)合潤(rùn)滑效應(yīng)使GLC-Cr薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。隨PAO黏度的增大，GLC-Cr薄膜摩擦系數(shù)近似呈減小趨勢(shì)，但在PAO40時(shí)出現(xiàn)最小值拐點(diǎn)；隨PAO黏度的增大，油膜厚度逐漸增大，使摩擦副小球與薄膜的直接接觸逐漸