固体_油脂复合润滑_类金刚石_DLC_薄膜在几种空间用油脂润滑下的摩擦学性能
改性DLC薄膜水环境、润滑油环境摩擦性能研究
改性DLC薄膜水环境、润滑油环境摩擦性能研究改性DLC薄膜水环境、润滑油环境摩擦性能研究摘要：本研究旨在探究改性Diamond-Like Carbon (DLC)薄膜在水环境和润滑油环境下的摩擦性能。
通过制备改性DLC薄膜样品，分别进行水环境和润滑油环境的摩擦实验，并对两种环境下的摩擦系数、摩擦磨损进行测试与分析。
研究结果表明，改性DLC薄膜在水环境中具有较低的摩擦系数和摩擦磨损，而在润滑油环境下表现出更好的摩擦性能。
关键词：改性DLC薄膜，水环境，润滑油环境，摩擦性能，摩擦系数，摩擦磨损1. 引言Diamond-Like Carbon (DLC)薄膜是一种由碳原子和氢原子组成的非晶态碳薄膜。
由于其优异的力学性能和抗腐蚀性能，DLC薄膜被广泛应用于摩擦学领域，例如减少摩擦、延长使用寿命等。
然而，在不同的工作环境下，DLC薄膜的摩擦性能可能会有所不同。
本研究旨在通过改性DLC薄膜，探究其在水环境和润滑油环境下的摩擦性能，为其在不同工作环境下的应用提供科学依据。
2. 实验方法2.1 材料制备采用物理气相沉积 (PVD) 方法，在硅衬底上沉积一层DLC薄膜作为基准样品。
接下来，通过离子注入和化学处理等方法，将金属元素（如氮、铜等）注入DLC薄膜中，制备改性DLC薄膜样品。
2.2 摩擦实验分别将基准DLC薄膜和改性DLC薄膜样品置于水环境和润滑油环境中，利用旋转摩擦试验机进行摩擦实验。
实验过程中，测量摩擦系数，并通过磨损重量和磨损形貌观察来评估摩擦磨损。
3. 结果与讨论3.1 水环境下的摩擦性能实验结果显示，基准DLC薄膜在水环境下的摩擦系数较高，且摩擦磨损明显。
相比之下，改性DLC薄膜在水环境中表现出较低的摩擦系数，且摩擦磨损较少。
通过观察磨损形貌，可以发现在基准DLC薄膜中有明显的划痕和剥落现象，而改性DLC薄膜则表现出较强的抗磨损性能。
3.2 润滑油环境下的摩擦性能在润滑油环境中，基准DLC薄膜的摩擦系数略有下降，但仍然较高。
类金刚石薄膜热稳定性及热磨损机理研究进展
第48卷第4期 2020年4月硅 酸 盐 学 报Vol. 48，No. 4 April ，2020JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI ：10.14062/j.issn.0454-5648.20190416类金刚石薄膜热稳定性及热磨损机理研究进展黄 雷，袁军堂，李 超，汪振华(南京理工大学机械工程学院，南京 210094)摘 要：类金刚石(DLC)薄膜作为典型的固体润滑剂，耐热性差一直是制约其高温服役性能以及产业化推进的主要原因之一。
高温将直接影响DLC 碳基骨架稳定性，进而限制其优异摩擦学性能的发挥。
分别从DLC 热稳定性影响因素、热稳定性研究方法以及热磨损机理研究进展3个方面展开介绍，分析未来的发展趋势，以期为DLC 高温环境下服役性能研究提供技术参考。
关键词：类金刚石；热稳定性；热磨损机理中图分类号：TG711 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2020)04–0599–09 网络出版时间：2019–12–25Research Progress on Thermal Stability and Thermal Wear Mechanismof Diamond-like Carbon FilmsHUANG Lei , YUAN Juntang , LI Chao , WANG Zhenhua(School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)Abstract: Diamond-like carbon (DLC) regarded as a typical solid lubricant has been dramatically restricted by internal weak thermostability, which further shortens the intrinsic service life and obstructs its industrialization. While working at elevated temperatures, the carbon matrix of DLC changes along with the deterioration of its superior tribological performance. In this paper, the latest progress on thermal stability and thermal wear mechanism of DLC film were reviewed and future research direction was proposed as well, aiming to provide technical reference for the studies on high-temperature service performance of DLC film.Keywords: diamond-like carbon; thermal stability; thermal wear mechanism类金刚石(DLC)薄膜是一类包含金刚石sp 3杂化结构和石墨sp 2杂化结构的亚稳态非晶体，作为典型的固体润滑材料，集高硬度、低摩擦、减摩耐磨特性于一身[1‒4]。
固体润滑材料在我国空间技术中的应用研究
固体润滑材料在我国空间技术中的应用研究随着人类对空间探索的深入和发展，对航天器材料的要求越来越高，要求其具有较好的耐高温性能、耐腐蚀性能等。
同时，由于航天器在空间中工作的环境十分恶劣，机械设备的运动润滑也对材料的要求提出了更高的要求。
固体润滑材料可以作为一种重要的润滑技术手段，广泛应用于航空航天领域中，以保障机械设备的稳定运行。
本文将讨论固体润滑材料在我国空间技术中的应用研究。
固体润滑材料在我国空间技术中应用研究的背景随着我国航天技术的不断发展，掌握更多先进的材料技术已成为我国航天事业迈向更高层次的必要条件。
在空间探索领域，一些重要装置，如扩展臂、降落伞、保护罩等，需要进行旋转或摩擦运动。
此时，润滑就是非常必要的，且对润滑材料的制备技术、质量、性能提出了更高的要求。
固体润滑材料的研究内容固体润滑材料的优点在于，与液体和气体润滑相比，它具有更长的使用寿命和更好的工作稳定性。
此外，它对润滑点周边的环境要求低，能够高温高压下仍能保持良好的润滑性能。
一般来说，固体润滑材料是指一种粉末状的纳米材料，它们可以添加到复合材料、金属涂层、液体润滑油、润滑脂中。
在我国空间技术应用中主要研究的有以下类别：1、纳米润滑粉末这是一种具有微小粒径的颗粒材料，通过它的表面能力附着在润滑点周围，可以提高润滑强度，减少磨损损失，延长设备使用寿命。
2、光学涂层光学涂层的实际运用中往往与航空、航天、透镜和LED等光学器件密切相关，具有抗辐射、耐高温、高光滑度的特性。
3、热传递涂层热传递涂层将固体润滑材料与其他传热材料结合使用，能够在高温高压环境下实现优加的热传递效果，使得设备可以更好地保持工作温度。
固体润滑材料在齿轮传动系统的应用在齿轮系统中，传统的润滑方式是液体润滑，但随着技术的发展，固体润滑技术逐渐成为了齿轮系统的主流，具有以下优点：1、延长使用寿命固体润滑材料能够形成一层保护层，抵御外来物质的进入，从而可显著延长齿轮的使用寿命。
固体润滑剂在高温高压环境下的摩擦学性能研究
固体润滑剂在高温高压环境下的摩擦学性能研究在现代工业中，润滑剂是不可或缺的一种重要材料。
对于高温高压条件下的工业生产，润滑剂的要求更为苛刻，需要具有较高的热稳定性和抗压性能。
为了满足这一需求，固体润滑剂应运而生。
固体润滑剂是指在摩擦副中，通过形成固态润滑膜，减少金属间的直接接触，从而降低磨损和摩擦系数的材料。
因此，在高温高压环境下的摩擦学性能研究中，固体润滑剂是一种非常有研究价值的材料。
高温高压环境下润滑剂的需求在机械运转过程中，由于零件受到摩擦力的作用，会导致磨损和能量消耗。
润滑剂在令两个机械银屑接触前引入，减小了接触所需要的摩擦力，从而减少了零件间的相互接触，保证了机械的正常协作，减长了零件的使用寿命。
除此之外，润滑剂在机械运转中还有冷却、防腐和防腐蚀作用。
然而，在高温高压的环境下，润滑剂的性能会大大降低，因为高温会导致硬脂酸类润滑剂软化失去润滑性能，而高压和较高的密封性能需求则要求润滑剂具备更高的抗压性。
因此，固体润滑剂在提升高温高压环境下机械运转的可靠性方面有着很好的应用前景。
固体润滑剂的基本要求固体润滑剂的基本要求是具有较低的摩擦系数和磨损率，在高温环境下具有长时间的热稳定性能。
固体润滑剂最常用的材料是钨、黏土和膨胀石墨等金属和非金属材料。
实验研究目前，固体润滑剂在高温高压的环境下的摩擦和磨损学性能已经成为了国内外学术领域的热点问题。
研究人员使用高温高压摩擦磨损试验机，在固体润滑剂与金属之间进行摩擦磨损实验研究，通过观察和分析获得不同工作条件下固体润滑剂的性能表现。
部分实验表明，添加0.5% 左右量级的钨离子可实现较低的摩擦系数和磨损率。
但是其他一些实验表明，随着摩擦时间的增长，固体润滑剂在温度和压力条件下的性能会发生改变，摩擦副界面会形成额外的化学反应。
同时，固体润滑剂的稳定性也受到研究的关注。
实验人员利用基础波谷防锈法和热失重法研究了固体润滑剂在高温高压环境下的稳定性。
结果表明，高温环境下，稳态摩擦系数和磨损率也存在着一定的变化量。
表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展
第33卷第2期中㊀国㊀表㊀面㊀工㊀程Vol.33No.22020年4月CHINA SURFACE ENGINEERINGApril 2020收稿日期:2019-10-10;㊀修回日期:2020-04-01通信作者:朱新河(1964 ),男(汉),教授,博士;研究方向:船机零件的摩擦磨损控制;E-mail :xinhe@ 基金项目:辽宁省自然科学基金(2019-ZD -0148);中央高校基本科研业务费(3132019331)Fund :Supported by Natural Science Foundation of Liaoning Province (2019-ZD -0148)and Fundamental Research Funds for Central Universities(3132019331)引用格式:付景国,徐长旗,朱新河,等.表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展[J].中国表面工程,2020,33(2):15-28.FU J G,XU C Q,ZHU X H,et al.Research progress of surface micro-texture combined with solid lubricants on tribological proper-ties [J].China Surface Engineering,2020,33(2):15-28.doi:10.11933/j.issn.10079289.20191010001表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展付景国,徐长旗,朱新河,张蓬予,刘耕硕,严志军(大连海事大学轮机工程学院,大连116026)摘㊀要:为提高摩擦副之间的摩擦学性能,润滑油添加剂㊁低摩擦表面以及表面微织构等作为改善表面摩擦学性能的手段已得到国内外研究工作者的广泛关注并取得了一定的成果,而表面微织构复合固体润滑材料技术作为一种集成了已有各种减摩手段优点的复合技术开始被研究㊂文中综述了表面微织构与固体润滑材料复合的物理和化学方法;评述了表面微织构几何形状㊁参数和固体润滑材料种类对复合表面摩擦学性能的影响;分析了表面微织构复合固体润滑材料的减摩机制;最后指出了该复合技术目前尚待解决的问题,并对该技术下一步的发展方向和实际应用进行了展望㊂关键词:表面微织构;固体润滑材料;复合技术;摩擦学性能中图分类号:TH117文献标志码:A文章编号:1007-9289(2020)02-0015-14Research Progress of Surface Micro-texture Combined with SolidLubricants on Tribological PropertiesFU Jingguo,XU Changqi,ZHU Xinhe,ZHANG Pengyu,LIU Gengshuo,YAN Zhijun(School of Marine Engineering,Dalian Maritime University,Dalian 116026,China)Abstract :In order to improve the tribological properties of friction pair,lubricant additives,low-friction surfaces and surfacemicro-textures have aroused great attention by worldwide scientists as means to improve surface tribological properties and havealready achieved certain results.However,surface micro-textures combined with solid lubricants has begun to be studied as acomposite technology because of the integration of existing anti-friction measures.The physical and chemical methods for thecomposite of surface micro-textures and solid lubricants were reviewed.The effects of geometrical shape,parameters of surfacemicro-texture and types of solid lubricants on the tribological properties of composite surface were reviewed.The anti-frictionmechanism of the composite technology was analyzed.Finally,the unsolved problems of composite technology were pointed out,and the development direction and practical application of this technology in the future were proposed.Keywords :surface micro-texture;solid lubricants;composite technology;tribological property0㊀引㊀言摩擦会导致机械零件失效和系统效率的降低,增加动力能源消耗,由于摩擦造成的机械能量损失高达10%~20%[1]㊂为减少摩擦,研究人员针对摩擦副已提出并实施了各种手段,例如改善润滑油性能㊁制备低摩擦表面和表面微织构等㊂改善润滑油性能主要是往在用润滑油中添加功能性的微纳材料,如添加具有减摩抗磨性能的WS 2[2]㊁MoS 2[3]㊁LaF [4]㊁石墨烯[5]等粉体㊂制备低摩擦表面是在在摩擦副之间通过增加易剪切的自润滑材料,利用材料自身的润滑特性来减中㊀国㊀表㊀面㊀工㊀程2020年少表面摩擦,如在摩擦表面形成固体润滑薄膜[6-7]或涂覆自润滑材料[8-9]㊂表面微织构则是通过在摩擦副表面加工不同微造型来减少摩擦副之间实际接触面积,储存润滑油和磨损产物来减少摩擦,如圆形微织构[10]㊁三角形微织构[11]㊁矩形微织构[12]等㊂然而在研究过程中发现表面微织构不仅可以作为液体润滑剂的储存器,还可以作为固体润滑剂或其他功能性材料的储存器㊂此复合方法是将上述现有的减摩手段进行综合处理,即在表面微织构内填充固体润滑材料,让其在使用过程中逐渐释放出来,起到减摩作用㊂填充的固体润滑材料种类也相对较多,如单一固体润滑材料[13-14]㊁多种单一固体润滑材料的混合物等[15]㊂在研究中发现,表面微织构与固体润滑材料复合之后,呈现出比单一表面处理方法更优的减摩耐磨效果[16],并且可针对不同的工况发挥不同的作用㊂在油润滑条件下,固体润滑材料会逐渐释放至摩擦副间的润滑油中;在干摩擦条件,固体润滑材料直接作用在发生摩擦的部位㊂除此之外,表面微织构仍能起到储存磨损产物的作用㊂文中在评述表面微织构复合固体润滑材料的方法,分析减摩因素以及减摩机理的基础上,综述了表面微织构复合固体润滑材料技术最新的研究与发展概况,并探讨复合技术所遇到的问题,为相关研究提供一定的思路,希望对探索机械零件减摩耐磨新方法㊁新途径及其潜在应用提供一定的参考价值㊂1㊀微织构表面固体润滑材料的复合工艺由于研究者研究领域的不同,并在考虑固体润滑材料和应用工况的基础上,微织构表面固体润滑材料的复合工艺也有所不同㊂目前,复合工艺种类繁多,如机械涂覆㊁热压填充㊁有机树脂粘接㊁气相沉积等众多物理和化学方法,由于复合工艺的不同,复合涂层所展现出的摩擦学性能和使用寿命也有一定的差异㊂1.1㊀机械涂覆法机械涂覆法是通过反复的机械作用力将干燥的固体润滑材料粉体涂抹在试样表面,形成润滑膜,达到与基体间的物理结合状态㊂具体操作步骤是先将涂覆布固定在旋转盘上,并将一定量的固体润滑材料均匀分散在涂覆布上,使经过抛光和超声清洗的试样与涂覆布上的润滑材料在一定载荷下对磨,在旋转盘的缓慢匀速转动中制备复合涂层㊂Wu等[17]在Ti-6Al-4V合金微织构表面上机械涂覆MoS2固体润滑剂,并在旋转球盘接触下进行高速干摩擦试验㊂结果表明,填充有MoS2固体润滑剂的钛合金微织构表面呈现出较好的摩擦学性能,与光滑表面相比,其摩擦因数最高可降低40%,且波动明显降低;摩擦温度最高也降低15%㊂周后明等[18]通过特殊材质的布料将MoS2基复合固体润滑剂机械涂覆在具有微织构的硬质合金刀具前刀面上㊂结果发现,填充有MoS2/Sb2O3复合固体润滑剂的微织构刀具在高㊁低速切削时都表现出较低的切削力,且切削温度比传统刀具下降11%~25%㊂另外,Li等[19]试验了具有微织构的不锈钢表面与MoS2润滑剂复合后在600ħ条件下的摩擦学性能㊂结果表明在高温条件下,复合表面具有较低的摩擦因数和磨损率㊂还有研究者在机械涂覆固体润滑材料之前,对基体试样进行了预处理㊂Rapoport等[20]在机械涂覆MoS2润滑剂之前,先对钢基体表面抛磨一层硫化物或硒化物的微纳颗粒用以增加MoS2与钢基体之间的结合强度,通过多功能摩擦磨损试验机对钢表面激光微织构内填充固体润滑剂的粘附力和使用寿命进行了研究㊂结果证明, CdZnSe作为粘结层时,所制备的复合表面具有最佳的摩擦因数,此时表面MoS2润滑膜层的磨损寿命是单独涂覆MoS2润滑膜层的两倍㊂Li 等[21]试验了将MoS2微纳粉末机械涂覆在含银镍基合金表面微织构内,并通过环盘式摩擦磨损试验机检验其在室温至600ħ条件下的摩擦学性能㊂结果表明,试样摩擦因数会随着温度的增加而增加;填充MoS2粉末试样在室温至400ħ条件下,其摩擦因数稍低于未织构合金试样,高于400ħ时,其摩擦因数仍维持在较低的水平,而未织构合金试样的摩擦因数则上升较快㊂机械涂覆法因操作简单,易于达到填充效果,是目前应用较为广泛的复合方法之一,但对固体润滑剂的填充效果一般,结合强度不高㊂1.2㊀热压填充法热压填充法是采用加热和加压的方法将固61㊀第2期付景国,等:表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展体润滑材料填充于微织构表面内的处理过程㊂首先将填充的固体润滑材料过量的涂覆于已微织构加工试样表面,在一定温度和压力下利用热压机进行热压成形,制成试样毛坯㊂毛坯试样经砂纸抛光去除表面多余的固体润滑材料,最终制备复合表面,具体过程如图1所示[16]㊂图1㊀热压加工过程[16]Fig.1㊀Process of hot pressingHu等[16]对比了热压填充法与机械涂覆法对试样摩擦学性能的影响㊂结果发现,在表面微坑内热压MoS2固体润滑剂所制备的涂层具有极低的摩擦因数和长的磨损寿命,比机械涂覆固体润滑剂的摩擦因数降低约1倍,磨损寿命提高约35倍㊂其分析原因是,热压使微坑中的润滑剂涂层密度增加,其固体润滑剂的储存量大约是机械涂覆的20倍;另外,热压处理还可增强固体润滑剂与基材的粘结强度㊂华希俊等[22-23]采用热压的方法对表面微织构复合固体润滑材料做了一系列研究㊂他先将微纳MoS2粉末热压填充至45钢表面激光微织构内,在销盘线接触摩擦磨损试验机上考察了其作为复合固体润滑剂在干摩擦条件下的摩擦学性能㊂研究结果发现微织构中填充的MoS2在摩擦过程中转移至试样接触表面,并形成稳定可靠的固体润滑膜,提高摩擦表面的减摩耐磨性能㊂除此之外,他还发现在油润滑状态下的表面激光微织构填充固体润滑剂仍能对摩擦副表面起到减摩耐磨作用㊂孙友松等[24]则将微织构填充方法应用在传动螺母上,首先通过3D纺织技术编织出具有纹理结构的螺旋面状碳纤维,并采用半干法将微纳固体润滑剂复合在碳纤维上研究其摩擦磨损性能,经与高性能青铜ZCuSn10Pb1螺母对比,复合材料螺母摩擦因数降低了21.2%,传动效率也相对提高了10.6%㊂由此看出,采用热压填充法可增加固体润滑材料在微织构内的存储量和粘结强度,所得的摩擦学效果要好于机械涂覆法,但热压夹具的形状对其应用范围影响较大,平面试样可较容易得到加工效果,对于非平面试样的加工难度较大㊂1.3㊀有机树脂粘结法表面微织构内的固体润滑材料的填充方式直接影响着其使用寿命,尽管热压填充方法在一定程度上增加了其使用寿命,降低其释放速率,但研究发现有机树脂粘结法,即将环氧树脂或其他树脂类有机物作为粘接剂与固体润滑材料混合后填充于微织构表面的方法,表现更佳的作用时效,使用寿命也有所提高㊂通常,粘结法先将粘接剂与固体润滑材料按不同质量比混合均匀,涂覆于已加工试样表面,之后经过一定时间的冷凝压制或热压成形,制成试样毛坯,最后经砂纸研磨㊁抛光,加工成摩擦磨损试样㊂或者将试样浸入到经丙酮稀释的粘接剂与固体润滑材料的悬浮液中,静置一段时间,取出后放入干燥箱依次进行低温保温固化,高温保温固化,制成试样㊂因此,有学者把树脂类材料与固体润滑材料混合在一起封装在表面微织构内,研究其协同作用下的摩擦学性能,并取得了一定的成果㊂表1总结了部分不同树脂与固体润滑材料在微织构内的协同作用效果㊂尹延国[25],乔姣飞[26],秦永坤[27]等研究了环氧树脂与MoS2的混合物对试样的摩擦学性能影响,发现环氧树脂粘接剂可有效地填充在表面微织构内,形成复合润滑膜层,并且表面微织构内填充混合固体润滑膜有着更优异的摩擦学性能,其摩擦因数的降低和膜层寿命的提高与环氧树脂的含量有一定的关系㊂黄仲佳等[28]则使用5%酚醇树脂粘结剂改善固体润滑剂的粘结性能,并通过机械涂覆的方法将混合润滑材料填充在45钢表面电解加工的微织构内,发现微织构中填充的固体润滑材料在摩擦过程可转移至接触表面并能形成稳定可靠的固体润滑膜,提高摩71中㊀国㊀表㊀面㊀工㊀程2020年㊀㊀㊀表1㊀树脂与固体润滑材料协同作用下的摩擦学性能Table 1㊀Tribological properties under the synergistic effect of resin and solid lubricantsComposite materialsMatrixProcessing methodWorking conditionPropertiesRefE54epoxy resin +graphite +MoS 245steelSpraying and curing under 160ħDry sliding on Pin-on-disk tribometerThe addition of MoS 2can improve anti-friction and wear-resisting performance than one-component solid lubrication[25]E51epoxy resin +MoS 245steelSprayingandcuring under 200ħDry sliding on ring-on-disk tribometerThe sample with texture density of 20%hasthe smallest COF and 2.25times wear life.[26]epoxy resin +MoS 2Ti6Al4ValloyPEO +Impregnation Dry sliding on pin-on-disk tribometerThe COF reduces from 0.135to 0.25.Wear life increases from 50min to 80min.[27]5%phenolicresin +MoS 245steelSmearing andcuring under 60ħDry sliding on ring-on-disk tribometerThe COF reduces from 0.3to 0.08.[28]AB adhesive +MoS 245steelSmearing and curing under room temperature Dry sliding on pin-on-disk tribometerThe COF is the smallest,about 0.12,whenthe quality content of AB adhesive is 50%.[29]Polyimide (PI)+MoS 245steelSmearing andhot pressingDry sliding on pin-on-disk tribometerThe COF is the smallest,about 0.11,when the quality content of PI is 20%.[30]擦表面的减摩耐磨性能㊂华希俊等也先后研究了AB 胶[29]㊁聚酰亚胺(PI)[30]与MoS 2微纳粉体合后形成黏结型混合固体润滑剂填充在表面微织构内的摩擦学性能㊂研究结果都显示混合固体润滑剂填充的微织构表面的摩擦因数均随着载荷和转速的增大而减小,且高速重载更有利于润滑膜的形成;并且粘接剂含量存在一个最优值,AB 胶质量含量为50%时,摩擦因数最低,约为0.12;聚酰亚胺质量分数为20%时,摩擦因数最低,约为0.11㊂尽管目前缺少有机树脂粘结法与上述两种加工方法在同一条件下的对比,但从现有的试验数据来看,有机树脂粘结法仍能较大的改善试样的摩擦学性能㊂1.4㊀气相沉积法气相沉积法是利用气相中发生的物理㊁化学反应,在工件表面形成功能性或装饰性的金属㊁非金属或化合物涂层㊂气相沉积法按照成膜机理,可分为化学气相沉积㊁物理气相沉积和等离子体气相沉积㊂表2总结了使用物理气相沉积法在表面微织构内填充固体润滑材料的作用效果㊂表2㊀物理气相沉积法在表面微织构内填充固体润滑剂的摩擦学性能Table 2㊀Tribological properties of textured surface filled with solid lubricants through physical vapour depositionComposite materials Matrix Working conditionPropertiesRefWS 2WC /TiC /Coce-mented carbideDry cutting testCutting force reduces by 44%,cutting temperature reduces by 16%,COF reduces by 16%under high cutting speed of 250m/min[31]TiAlN WC +6%Co ce-mented carbideDry cutting testThe texture increases the adhesion strength between the coatingsand substrate,reduces the wear rate of rake face and reduces the roughness of the machined surfaces.[32]WS 2+Zr Al 2O 3/TiC ceram-ic surfaceDry sliding on ball-on-disk tribometerNano-textures increases the adhesion strength between the coat-ings and substrate,and the COF reduces from 0.5to 0.06.[33]W-S-CWC +8%Co ce-mented carbide Dry sliding on ball-on-disk tribometer The reduction percentage of average COF of the textured surfaceis up to 80%when the density is in the range from 0%to 9%.[35]81㊀第2期付景国,等:表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展㊀㊀Deng [31],Liu [32]等采用物理气相沉积的方法在具有微织构的WC /Co 硬质合金刀具前刀面沉积固体润滑材料,通过车床切削试验检验其切削性能㊂结果表面微织构复合固体润滑材料可以降低切削力,切削温度和摩擦因数,并且微织构的存在还可以增加沉积涂层与基体的粘结强度㊂Xing 等[33-34]则对Al 2O 3/TiC 陶瓷微织构表面上沉积WS 2/Zr 复合涂层在湿切削和干切削工况下的摩擦学性能进行了研究㊂结果表明微织构与WS 2/Zr 复合涂层均能表现出较好的摩擦学性能,并且表面微织构可以改变切刀应力分布,进而增加涂层与基体的结合强度,延长涂层的使用寿命㊂另外,W-S-C 涂层[35]㊁TiAlN 涂层[36]也通过气相沉积的方法沉积在具有微织构的硬质合金表面,测试结果都表明表面微织构与润滑材料的协同作用可以极大地改善其摩擦学性能㊂除此之外,还有学者研究了具有微织构的气相沉积涂层的摩擦学性能㊂Waldemar 等[37]利用气相沉积的方法在发动机气缸套内表面沉积DLC 涂层,然后采用机械加工的方法在其上加工出直径为0.25~0.35mm,深度为4~6μm 的微坑,测试结果表明,在同样运转工况条件下,由于摩擦功耗的减少,使用微织构DLC 涂层气缸套的发动机比原始发动机输出的功率增加约5.8%,转速约增加1000r /min㊂Pakula 等[38]在塞隆陶瓷表面上气相沉积Al 2O 3+TiN 涂层后进行微织构,测试结果表明,复合润滑结构的摩擦因数可降低15%㊂气相沉积技术在基体表面得到的润滑涂层细致㊁紧密,与表面微织构复合之后,微织构对涂层的锚定作用,使得涂层与基体的结合强度也进一步提高㊂由此看出,此种复合工艺对工作于重载条件下的摩擦副具有较好的指导意义㊂1.5㊀其他处理方法除上述复合工艺方法之外,还有一些其他的处理方法,不过针对这些处理方法的文献相对较少㊂Li 等[39]在45钢上对电沉积镍过渡层进行微织构,再采用电沉积方法在有微织构的镍层上沉积银涂层,并利用球盘试验机在干摩擦条件下检验复合涂层从室温至700ħ下的摩擦磨损性能㊂结果表明,所制备的复合涂层试样在适当的织构密度下表现出比无织构镍层和无镍层微织构试样低且稳定的摩擦因数,在700ħ下摩擦因数约为0.2㊂Li 等[40]采用电流体动力学雾化技术在微织构表面沉积WS 2涂层,通过球盘往复式滑动摩擦试验机来评估其摩擦学性能,结果显示表面微织构可以增强涂层与基体的粘结强度,延长WS 2膜层的磨损寿命㊂2㊀影响复合膜层摩擦学性能的因素表面微织构内填充固体润滑材料比单一的处理方法达到更优的摩擦学性能,并可针对不同的工况发挥不同的作用㊂摩擦学性能的改善主要取决于表面微织构的参数以及所填充的固体润滑材料的种类㊂2.1㊀表面微织构参数对摩擦学性能的影响表面微织构参数,如微织构的形状㊁尺寸㊁微织构底面形状以及微织构的密度等[10-12],对摩擦学性能的影响已经被许多学者通过理论和试验证明㊂在此基础上,不同表面微织构参数对复合润滑结构的摩擦学性能影响也逐渐开始被研究㊂2.1.1㊀微织构几何形状参数的影响㊀㊀图2展示了部分微织构的几何形状参数㊂表3总结了部分微织构几何形状参数对复合润滑结构的摩擦学性能影响㊂图2㊀表面微织构几何形状Fig.2㊀Geometric shapes of surface texture91中㊀国㊀表㊀面㊀工㊀程2020年表3 不同微织构几何形状复合固体润滑材料的摩擦学性能Table 3㊀Tribological properties of different geometric shapes of texture filled with solid LubricantsGeometric shape Matrix Composite material Processing methodWorking conditionProperties RefMicro-grooves WC /Co cemented carbidMoS 2Smearing and pressingDry sliding on ball-on-disk tribometerThe average COF reduces by 20%-25%,and average friction temperature reduces by 8%-15%.[41]Ellipticmi-crotextures WCcemen-ted carbid MoS 2SmearingDry cutting test on latheThe cutting force reduces by 10%-15%,㊀and the cutting temperature reduces by 10%-20%.[42]Circular-arcmicrotextures WCcemen-ted carbidMoS 2Smearing Dry cutting testThe cutting force reduces by8%-16%,㊀and the cutting temperature reduces by 15%-24%.[43]Dimples Ti6Al4V al-loyMoS 2burnishing Dry sliding on pin-on-disk tribometerSliding distance increases from 500m to1200m at a low COF.[44]Dimple /line /four-leaf clo-ver arrayYS8cemen-ted carbideWS 2electrohydro-dynamicat-omizationDry sliding on ball-on-disk tribometer,scratch testsTextured surface with four-leaf clover hasa higher adhesive strength and shows a better tribological properties.[40]㊀㊀Wu [41],吴泽[42],龙远强[43],Qin [44]等分别研究了具有沟槽性㊁椭圆形㊁圆弧形㊁圆形微织构的试样在涂覆固体润滑材料后对摩擦学或切削性能的影响,结果都发现微织构填充固体润滑材料比单微织构试样表现出更佳的摩擦学性能或切削性能㊂Li 等[40]还对比了不同的表面微织构形状对复合涂层的减摩效果的影响㊂试验采用激光刻蚀技术在硬质合金表面加工出微坑阵列㊁线阵列㊁四叶草阵列的微织构,然后在微织构表面沉积WS 2涂层,通过球盘往复式滑动摩擦试验机来评估其摩擦学性能㊂试验结果表明四叶草阵列的微织构与WS 2涂层之间的协同作用对硬质合金的摩擦磨损性能改善最为明显㊂2.1.2㊀微织构尺寸的影响㊀㊀表4总结了部分微织构尺寸和密度对复合润滑结构的摩擦学性能影响㊂黄仲佳[28],Zim-merman [45]等对不同尺寸的微织构对填充固体润滑材料后的摩擦学性能进行研究,结果发现较大尺寸的微织构表现出较好的摩擦学性能,摩擦因数较小,低摩擦因数寿命也相对较长㊂Zhang 等[46-49]则对比了微米和纳米级的微织构填充固体润滑剂的摩擦学性能,结果表明具有纳米织构的刀具试样,其磨损寿命显著增加㊂织构化TiAlN 涂层刀具在切削力㊁刀-屑间平均摩擦因数㊁刀具的磨损量以及工件的加工质量方面均得到不同程度的改善,其中同时具有微米和纳米织构的TiAlN 涂层刀具具有最优的切削性能㊂在此基础上,Zhang 等[50-51]在具有微米和纳米织构的TiAlN 涂层上磁控溅射沉积WS 2,并在干切削试验机上检验其切削性能㊂结果表明TiAlN 涂层上的微纳织构可以改善WS 2膜的初始使用寿命,并对其切削力㊁切削温度㊁摩擦因数和刀具磨损等性能上都有明显改善,其认为WS 2与织构化涂层之间粘结强度的提高主要是由于表面微织构为涂层提供机械锚定的作用㊂除微织构尺寸外,微织构的密度也对复合润滑结构的摩擦学性能有较大的影响㊂Meng 等[35]通过球盘式摩擦磨损试验机检验硬质合金不同密度的沟槽型微织构表面沉积W-S-C 涂层的干摩擦性能,结果发现当微沟槽面密度为9%时,对摩擦性能改善效果最佳,此时平均摩擦因数的降幅相比于未微织构表面可达80%㊂Hu 等[52]则研究了圆形微织构密度对钛合金摩擦学性能的影响㊂试验在干摩擦和涂覆MoS 2固体润滑剂条件下,研究了织构密度为13%㊁23%和44%的微坑表面对钛合金摩擦学性能的影响,结果表明,织构密度为23%的微坑表面具有最低的摩擦因数,但织构密度的增加可以获得更长的磨损寿命㊂乔姣飞[26]和Guleryuz [53]等对微织构的尺寸和密度对填充固体润滑剂的摩擦学性能同时进2㊀第2期付景国,等:表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展行了研究,结果发现微织构尺寸越大对摩擦因数的影响越大,而微织构密度对摩擦因数而言存在一个最优值㊂Arenas 等[54]则对菱形微织构的交叉角度和织构密度对摩擦学性能的影响进行研究㊂利用布抛光的方法在Ti6Al4V 合金菱形图案织构表面涂覆微纳石墨烯和MoS 2颗粒,并通过往复滑动摩擦磨损试验机对不同试样的摩擦磨损性能进行评价,当交叉角为60ʎ,织构密度为64%时具有最佳的摩擦磨损性能,并且当织构密度ɤ40%时,石墨烯涂层的使用寿命高于MoS 2㊂上述研究结果表明织构密度对试样表面的减摩性能存在一个最优值,但Qin 等[44]通过对微弧氧化的织构钛合金表面进行涂覆MoS 2固体润滑剂,通过摩擦磨损试验发现,钛合金表面织构密度越高(织构密度试验范围8%~55%),所制备织构化钛合金微弧氧化复合MoS 2涂层的减摩性能越好㊂其研究结果与上述直接在基体表面微织构复合固体润滑剂的研究结果有所不同,原因可能与钛合金微弧氧化后形成的硬质耐磨陶瓷表面有关㊂表4 不同微织构尺寸和密度复合固体自润滑材料的摩擦学性能Table 4㊀Tribological properties of different size and density of textures filled with solid lubricantsTexture parameterMatrixComposite material Processing methodWorking conditionPropertiesRefDimple diameter100μm and 500μm45steel 5%Phe-nolic res-in +MoS 2Smearing Dry sliding on ring-on-disk tribometerThe COF of samples with dimple diam-eter of 500μm and 100μm are 0.08and 0.3,respectively.[28]Dimple diameter of1.5μm,3μm,5μm and 10μm440C stain-less steelGraphite SprayingDry slidingonpin-on-disk tribometerSample with dimple diameter of 10μmexhibits lower COF and longer life[45]Groove size of 50μm and 150nmWC /Cosubstrates TiAlNPhysical va-por deposi-tion Cutting test with cutting fluids scratch tests Micro /nano-scale texture on rake faceshowes the best anti-adhesive proper-ties and adhesion strength.[47]Groove size of 50μm and 150nm WC /CosubstratesTiAlN +MoS 2Physical va-por deposi-tion +Bur-nishingDry sliding onball-on-disk tribometer scratch testsMicro-scale texture improves the effec-tive life of the MoS 2layer for a longer period.[50]Groove density of2%,4%,9%,18%and 35%WC +8wt.%CocementedcarbideW-S-C Physical va-por deposi-tionDry sliding onball-on-disktribometer The sample with groove density of 9%shows the best tribological properties.[35]Dimple density of13%,23%and44%Ti -6Al -4V alloyMoS 2Burnishing Dry sliding on ball-on-disk tri-bometer Sample with dimple density of 23%showsthe smallest COF,and the increase of density can prolong the wear life.[52]Dimple density of8%,12%,20%,33%and 55%Ti6Al4V al-loyMoS 2BurnishingDry sliding on pin-on-disk tribometerThe low COF life increases with the in-crease of textured dimple densities from 8%to 55%.[44]Grooves size of 100μm,200μm,300μm,and density of 10%,20%,30%45steelE51ep-oxy resin +MoS 2Smearing Dry sliding onblock-on-ring tribometerSample with groove density of 20%shows the smallest COF,and the in-crease of size can prolong the wear life.[26]Dimple diameter of4μm and 9μm,and space of 11μm and 25μmSilicon wa-fersGraphite+indiumMist sprayer +sputter deposition Dry sliding on pin-on-disk tri-bometer Sample with diameter of 9μm and space of 25μm shows the best tribo-logical performance.[53]Crossing angles of45ʎand 60ʎ;densi-ty of 18%,40%and 64%Ti -6Al -4V alloy Graphene +MoS 2Cloth bur-nishingDry sliding on ball-on-disk tri-bometer The best COF results are found for64%of density and 60ʎof crossing an-gle.[54]12。
DLC_基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望
表面技术第53卷第8期DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望汤鑫1，王静静1*，李伟1，胡月1，鲁志斌2，张广安2（1.上海理工大学 材料与化学学院，上海 200093；2.中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室，兰州 730000）摘要：类金刚石（DLC）薄膜是一种良好的固体润滑剂，能够有效延长机械零件、工具的使用寿命。
DLC 基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点，薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合，能从多个角度（如高温、硬度、润滑）进行设计来提升薄膜力学性能、摩擦学性能以及耐腐蚀性能等。
综述了DLC多层薄膜的设计目的与研究进展，以金属/DLC基纳米多层膜、金属氮化物/DLC基纳米多层膜、金属硫化物/DLC基纳米多层膜以及其他DLC基纳米多层膜为主，对早期研究成果及现在的研究方向进行了概述。
介绍了以上几种DLC基纳米多层膜的现有设计思路（形成纳米晶/非晶复合结构、软/硬交替沉积，诱导转移膜形成，实现非公度接触）。
随后对摩擦机理进行了分析总结：1）层与层间形成特殊过渡层，提高了结合力；2）软/硬的多层交替设计，可以抵抗应力松弛和裂纹偏转；3）高接触应力和催化作用下诱导DLC中的sp3向sp2转化，形成高度有序的转移膜，从而实现非公度接触。
最后对DLC基纳米多层膜的未来发展进行了展望。
关键词：DLC基纳米多层膜；力学性能；摩擦学性能；摩擦机理；结构中图分类号：TH117.1；TH142.2文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)08-0052-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.08.005Research Progress and Prospects on Tribological Propertiesof DLC Based Nano-multilayer FilmsTANG Xin1, WANG Jingjing1*, LI Wei1, HU Yue1, LU Zhibin2, ZHANG Guang'an2(1. School of Materials and Chemistry, Shanghai University of Technology, Shanghai 200093, China; 2. State Key Laboratory ofSolid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China)ABSTRACT: Friction and wear can cause surface damage of materials, especially metal materials, and shorten the service life of work pieces. DLC (diamond-like carbon) is an amorphous carbon film composed of mixed structures, usually formed by the mixture of sp2 carbon and sp3 carbon. With high hardness, low friction coefficient, good chemical inertness and biocompatibility, DLC is a kind of film with great potential, which has a wide range of applications in mechanical, electrical, biomedical engineering and other fields. Its super-hard, wear-resistant and self-lubricating properties meet the technical requirements of the modern manufacturing industry. It is widely used as solid lubricant for the surfaces of contact parts that rub against each other.收稿日期：2023-05-08；修订日期：2023-10-12Received：2023-05-08；Revised：2023-10-12基金项目：中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室开放课题（LSL-2205）；上海高校青年教师培养资助计划Fund：Open Project of State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences (LSL-2205); Shanghai University Youth Teacher Training Assistance Program引文格式：汤鑫, 王静静, 李伟, 等. DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望[J]. 表面技术, 2024, 53(8): 52-62.TANG Xin, WANG Jingjing, LI Wei, et al. Research Progress and Prospects on Tribological Properties of DLC Based Nano-multilayer Films[J]. Surface Technology, 2024, 53(8): 52-62.*通信作者（Corresponding author）第53卷第8期汤鑫，等：DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望·53·Compared with single-layer DLC films with single component, DLC based nano-multilayer films with alternating layers of two or more components can improve the mechanical and tribological properties better, which is due to that different layers in the nano-multilayer films have different combinations of physical and chemical properties. Therefore, it can be designed from many aspects (such as high temperature, hardness, lubrication, and corrosion) to improve the mechanical properties, tribological properties and corrosion resistance of the films. Usually, the nano-multilayer films have good impact resistance and plastic deformation resistance ability, which can effectively inhibit the formation and propagation of cracks, and have a good cycle service life under high load conditions.In this paper, DLC based nano-multilayer films were systematically reviewed, including metal/DLC based nano-multilayer films, metal nitride/DLC based nano-multilayer films, metal sulfide/DLC based nano-multilayer films and other DLC based nanolayer films. Firstly, the design background and concept of DLC multilayer thin films were elaborated. The design idea of multilayer films was to form a gradient mixing interface between multilayers to achieve gradient changes in composition and properties. This multilayer structure could produce unique structural effects, which could effectively reduce various stresses generated during the friction process, and significantly improved the adhesion strength between film and substrate and the overall elastic modulus of the film, which had important significance for the structure evolution of DLC based nano-multilayer films and the interface action mechanism. Then, the friction mechanisms were summarized. The main friction mechanisms of DLC multilayer films were concluded as follows: 1) The nanocrystalline/amorphous structure was formed, which improved the binding force between the layers and reduced the shear force and friction force; 2) The soft/hard multilayer alternating design resisted stress relaxation and crack deflection; 3) Under the action of pressure, the amorphous carbon layer was induced to forma two-dimensional layered structure to achieve incommensurate contact and effectively reduce friction and wear. Finally, thefuture development of DLC-based nano-multilayer films was forecasted. To improve the tribological properties of DLC composite films under extreme, varied and complex conditions, it is necessary to carry out researches from multiple perspectives: 1) Establishing a multi-material system, which combines doping and multilayer gradient design; 2) Regulating the crystal growth rate and increasing the deposition rate and density of the films by multi-technology co-preparation;3) Establishing a more scientific model to study the friction mechanism of DLC.KEY WORDS: DLC based nano-multilayer films; mechanical properties; tribological properties; friction mechanism; structure摩擦磨损现象广泛存在于机械零件的直接接触中，如机械传动、齿轮咬合。
固体膜润滑剂耐燃油及摩擦学性能研究
固体膜润滑剂耐燃油及摩擦学性能研究鲍天骄;李凤兰;王振军;李阳阳;王彦【摘要】通过系列耐燃油及摩擦学性能试验设计,模拟固体膜润滑剂在发动机燃油系统中的实际应用条件,对比研究满足MIL-PRF-46010标准的固体膜润滑剂(牌号A)、航空通用高温固体膜润滑剂(牌号B)以及航天用中温固体膜润滑剂(牌号C)在燃油系统中的耐燃油及摩擦磨损性能.结果表明:喷气燃料对A型固体膜润滑剂的影响不大,喷气燃料浸泡前后A型固体膜润滑剂的平均摩擦因数均在0.02～0.05范围内,耐磨寿命均在1h以上;A型固体膜润滑剂与喷气燃料长期接触不会影响喷气燃料的性能;A型固体膜润滑剂材料不论是在承载能力、耐磨寿命还是耐燃油性能方面都明显优于B型及C型固体膜润滑剂,这是因为A型固体膜润滑剂中的MoS2和Sb2O3起到了协同抗磨作用.%Through the design of jet fuel resistance and tribological properties,the real condition of solid film lubricant in engine was simulated.The Jet fuel resistance and tribological properties of three kinds of solid film lubricants in the fuel system were researched and compared,including the solid film lubricant (Type A) which satisfied the standard of MILPRF-46010,general aviation high temperature solid film lubricant (Type B) and aerospace mild temperature solid film lubricant (Type C).The results show that type A solid lubricant has no influence on the properties of jet fuel in a longtime contact,and jet fuel has little influence on type A solid film lubricant.Whether dipping in fuel or not,the average friction coefficient of type A solid lubricant is maintained in 0.02 to 0.05,and wear life is above 1 hour.Type A solid lubricant is obvious superior to type B and C solid lubricant in carrying capacity,wear life andfuel resistance properties,which is benefited from the synergistic anti-wear effect between MoS2 and Sb2O3 in the type A solid lubricant.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2017(042)005【总页数】5页(P130-134)【关键词】无油润滑;固体膜润滑剂;耐燃油【作者】鲍天骄;李凤兰;王振军;李阳阳;王彦【作者单位】北京航空材料研究院北京100095;北京航空材料研究院北京100095;北京航空材料研究院北京100095;北京航空材料研究院北京100095;北京航空材料研究院北京100095【正文语种】中文【中图分类】TB34;TH117.1固体润滑膜是二战后随航空航天技术发展起来的一种新型润滑材料，以整体材料、涂层或薄膜为主要润滑形式，是一种能够满足高温(≥250 ℃)、低温(≤-100 ℃)使用环境的润滑材料[1]。
类金刚石涂层在不同载荷和湿度下的摩擦特性
类金刚石涂层在不同载荷和湿度下的摩擦特性的报告，600字《类金刚石涂层在不同载荷和湿度下的摩擦特性报告》
本文是一项大规模的实验研究，旨在研究类金刚石涂层在不同载荷和湿度条件下的摩擦特性。
实验方法：一共有6种类金刚石涂层和5种不同湿度条件（0、10、20、30、40％），分别采用Dry、Wet-salt、Oil、Water
和Grease 5种润滑基材。
类金刚石涂层采用厚度为60μm的惥
嘌可特CVD GK-SiC现场发酵类金刚石涂层，表面的外部载荷：室温23℃下的水平和垂直载荷分别为5N，10N，15N，
20N和25N，30N。
实验结果：实验中发现，不同的载荷水平情况下，湿度的变化对类金刚石涂层的摩擦特性影响较大。
随着湿度的升高，类金刚石涂层表现出了显著的稳定性和摩擦力系数增加的趋势。
在载荷水平为25N时，湿度从0%升高到40%时，摩擦系数提高
了19.8%；而载荷为30N时，湿度从0%升高到40%时，摩擦
系数提高了32.2%。
结论：根据本次研究的结果，可以得出结论：在不同载荷和湿度条件下，类金刚石涂层表现出了一定的稳定性和摩擦力系数增加的趋势。
湿度变化越大，类金刚石涂层的摩擦特性发生的越大，摩擦力系数增加更明显。
类金刚石碳薄膜的摩擦行为与机理研究
类金刚石碳薄膜的摩擦行为与机理研究文章标题：探讨类金刚石碳薄膜的摩擦行为与机理摘要：本文将深入探讨类金刚石碳薄膜的摩擦行为与机理研究，从实验数据和理论分析两方面展开讨论，帮助读者更全面地理解该主题，并对相关理论有更深刻的认识。
1. 介绍类金刚石碳薄膜是一种具有很高硬度和优异耐磨性能的材料，被广泛应用于工业领域。
在摩擦学研究中，类金刚石碳薄膜的摩擦特性备受关注。
本文将从摩擦行为和摩擦机理两个方面展开讨论。
2. 实验数据分析2.1 类金刚石碳薄膜的摩擦系数：实验结果表明，类金刚石碳薄膜具有较低的摩擦系数，这使其在工业应用中具有重要意义。
我们将分析不同条件下的摩擦系数变化，以探究其规律。
2.2 摩擦磨损特性：通过实验数据分析，我们可以发现类金刚石碳薄膜在不同载荷和速度下的摩擦磨损特性，探讨其磨损机理和规律。
3. 理论分析3.1 表面润滑理论：类金刚石碳薄膜的润滑性能对其摩擦行为起着重要作用。
我们将从分子动力学模拟等方面进行理论分析，探讨其表面润滑机理。
3.2 润滑膜形成机制：润滑膜是影响摩擦行为的重要因素之一，我们将结合实验数据和理论模型，探讨润滑膜的形成机制及其对摩擦性能的影响。
4. 总结与展望通过对类金刚石碳薄膜摩擦行为与机理的全面讨论，我们得出了一些重要的结论和认识。
也指出了目前研究中存在的不足和亟待解决的问题，展望未来的研究方向和发展趋势。
个人观点：在类金刚石碳薄膜摩擦行为与机理的研究中，我认为理论和实验的结合至关重要。
只有通过理论分析和实验数据的验证，我们才能深入理解其摩擦特性，并为工业应用提供更有效的指导和支持。
我也认为在未来的研究中，需要更加注重润滑膜的形成机制和作用，在实际应用中进一步优化类金刚石碳薄膜的摩擦性能。
结论：通过本文的探讨，我们对类金刚石碳薄膜的摩擦行为与机理有了更全面的认识。
在未来的研究中，我们将继续深入探讨该领域的相关问题，为相关工业领域的发展和应用提供更有效的支持。
以上是对你指定的主题的文章撰写，如有需要，还请查看并提出修改意见。
类金刚石薄膜 球盘法测试类金刚石薄膜的摩擦磨损性能-最新国标
类金刚石薄膜球盘法测试类金刚石薄膜的摩擦磨损性能1范围本文件为类金刚石（DLC）薄膜的摩擦系数和比磨损率的测定规定了流程并提供了指导。
该方法规定材料在干燥条件下，采用球对盘结构配副进行测试。
本文件不适用于DLC薄膜涂层的部件在润滑环境下的测试。
2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T1182，产品几何技术规范（GPS）—几何公差-形状、方向、位置和跳动公差（GB/T1182-2018，ISO1101，MOD）GB/T6062，产品几何技术规范（GPS）—表面结构：轮廓法—接触（触针）式仪器的标称特性（GB/T 6062-2009，ISO3274，IDT）GB/T308.1，滚动轴承—球—第1部分：钢球（GB/T308.1-2013，ISO ISO3290-1，NEQ）GB/T308.2，滚动轴承—滚珠—第2部分：陶瓷滚珠（GB/T308.2-2010，ISO3290-2，IDT）ISO3611，产品几何技术规范（GPS）—尺寸测量设备：外部测量用千分尺-设计和计量特性GB/T10610，产品几何技术规范（GPS）—表面结构：轮廓法表面结构—术语，定义及参数（GB/T 10610-2009，ISO4287，IDT）ISO13385-1，产品几何技术规范（GPS）—尺寸测量设备—第1部分：卡尺；设计和计量特性ISO80000-1:2009，量和单位—第1部分：总则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
磨损Wear固体材料由于与一种或多种材料接触发生相对运动，其表面质量逐渐减少的过程。
磨损测试Wear Test滑动接触中材料摩擦磨损性能的评价方法。
球盘试验法Ball-on-disc Method在一定载荷下，将球形试样接触到旋转的圆盘试样上，从而产生滑动接触的磨损试验。
各种材料摩擦系数表
各种材料摩擦系数表摩擦系数是指两表面间的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力之比值。
它是和表面的粗糙度有关，而和接触面积的大小无关。
依运动的性质，它可分为动摩擦系数和静摩擦系数。
现综合具体各种材料摩擦系数表格如下。
注:表中摩擦系数是试验值,只能作近似参考固体润滑材料固体润滑材料是利用固体粉末、薄膜或某些整体材料来减少两承载表面间的摩擦磨损作用的材料。
在固体润滑过程中，固体润滑材料和周围介质要与摩擦表面发生物理、化学反应生成固体润滑膜，降低摩擦磨损。
中文名固体润滑材料采用材料固体粉末、薄膜等作????用减少摩擦磨损使用物件齿轮、轴承等目录1.1?基本性能2.2?使用方法3.3?常用材料基本性能1)与摩擦表面能牢固地附着，有保护表面功能固体润滑剂应具有良好的成膜能力，能与摩擦表面形成牢固的化学吸附膜或物理吸附膜，在表面附着，防止相对运动表面之间产生严重的熔焊或金属的相互转移。
2)抗剪强度较低固体润滑剂具有较低的抗剪强度，这样才能使摩擦副的摩擦系数小，功率损耗低，温度上升小。
而且其抗剪强度应在宽温度范围内不发生变化，使其应用领域较广。
3)稳定性好，包括物理热稳定，化学热稳定和时效稳定，不产生腐蚀及其他有害的作用物理热稳定是指在没有活性物质参与下，温度改变不会引起相变或晶格的各种变化，因此不致于引起抗剪强度的变化，导致固体的摩擦性能改变。
化学热稳定是指在各种活性介质中温度的变化不会引起强烈的化学反应。
要求固体润滑剂物理和化学热稳定，是考虑到高温、超低温以及在化学介质中使用时性能不会发生太大变化，而时效稳定是指要求固体润滑剂长期放置不变质，以便长期使用。
此外还要求它对轴承和有关部件无腐蚀性、对人畜无毒害，不污染环境等。
4)要求固体润滑剂有较高的承载能力因为固体润滑剂往往应用于严酷工况与环境条件如低速高负荷下使用，所以要求它具有较高的承载能力，又要容易剪切。
使用方法1)作成整体零件使用某些工程塑料如聚四氟乙烯、聚缩醛、聚甲醛、聚碳酸脂、聚酰胺、聚砜、聚酰亚胺、氯化聚醚、聚苯硫醚和聚对苯二甲酸酯等的摩擦系数较低，成形加工性和化学稳定性好，电绝缘性优良，抗冲击能力强，可以制成整体零部件，若采用环璃纤维、金属纤维、石墨纤维、硼纤维等对这些塑料增强，综合性能更好，使用得较多的有齿轮、轴承、导轨、凸轮、滚动轴承保持架等。
润滑剂的分类及应用
润滑剂的分类及应用润滑剂是一种用于减少摩擦和磨损、降低能量损耗的物质。
根据其成分和应用领域的不同，润滑剂可以分为多个不同的分类。
下面将详细介绍润滑剂的分类及其应用。
一、固体润滑剂固体润滑剂是指常温下呈固态的物质，它可以减少材料表面之间的直接接触，从而减少摩擦和磨损。
常见的固体润滑剂包括石墨、金属和无机化合物。
石墨具有良好的润滑性能，广泛应用于铁路、航空航天等领域。
金属润滑剂主要包括铜、铅和钨等，常用于高温、高压和重载条件下的润滑。
无机化合物固体润滑剂如硼化物和硫化物，可以耐高温和真空环境。
二、液体润滑剂液体润滑剂是指在常温下呈液态的物质，通常由基础油和添加剂组成。
液体润滑剂主要分为矿物油和合成润滑剂两大类。
矿物油是从石油中提炼得到的润滑油，根据粘度的不同分为粘度等级。
合成润滑剂是通过化学合成得到的，具有更高的性能和更广泛的应用领域。
合成润滑剂包括聚合酯、聚α烯烃、聚醚和硅油等。
液体润滑剂广泛应用于机械设备、汽车、船舶和航空航天等领域。
三、半固体润滑剂半固体润滑剂是指在常温下呈凝胶状或泥状的润滑剂。
它的主要成分是基础油和增稠剂，可以在各种条件下提供良好的润滑性能。
半固体润滑剂具有较高的黏度和抗剪切性能，适用于高温、高压和重载等特殊工况下的润滑。
常见的半固体润滑剂有润滑脂和油膏等。
润滑脂通常由矿物油或合成油和稠化剂及添加剂混合而成，适用于润滑点难以维护和需要长期润滑的设备。
油膏是将液体润滑剂与固体润滑剂混合而成，用于受重载或受间歇摩擦的设备。
四、气体润滑剂气体润滑剂是指在润滑时形成气体膜来减少直接接触的润滑剂。
它主要包括空气和惰性气体润滑剂。
空气润滑剂是指在气体垫片或气体轴承中使用的润滑剂，其主要作用是减少摩擦和磨损。
惰性气体润滑剂如氮气、氦气和氩气等，主要用于高温、高速和真空条件下的润滑。
五、固-液复合润滑剂固-液复合润滑剂是指将固体润滑剂和液体润滑剂复合而成的润滑剂。
它综合了两者的优点，具有较好的润滑性能和使用稳定性。
类金刚石薄膜水润滑摩擦学特性研究进展
类金刚石薄膜水润滑摩擦学特性研究进展付俊兴;王谦之;周飞【摘要】综述类金刚石薄膜水润滑摩擦学特性的研究进展,评述薄膜在水环境中的摩擦磨损特性,分析薄膜种类、元素掺杂、对摩材料以及微结构对DLC薄膜水润滑摩擦学特性的影响,并阐述DLC薄膜在水中的摩擦磨损机制.指出:DLC薄膜水润滑摩擦学特性受薄膜制备参数和摩擦试验环境影响,通过与微结构的耦合可以进一步改善类金刚石薄膜的摩擦学特性.同时还展望了类金刚石薄膜水润滑摩擦学未来研究方向.%The development of tribological properties of diamond-like carbon( DLC) films in water lubrication was reviewed. The influences of species, doped elements, mating materials and surface microstructure on the friction and wear property of DLC films in water were analyzed,and the wear mechanism was elucidated. It is indicated that the preparation parameters and friction environments have more influences on the tribological properties of DLC films in water,and the mi-crostructure-coupled surface can further improve the tribological properties of DLC films in water. The future researches were forecasted.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2012(037)007【总页数】6页(P88-93)【关键词】类金刚石薄膜;微结构;水润滑;摩擦;磨损【作者】付俊兴;王谦之;周飞【作者单位】南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室江苏南京210016;南京航空航天大学机电学院江苏南京 210016;南京航空航天大学高新技术研究院江苏南京 210016;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室江苏南京 210016;南京航空航天大学机电学院江苏南京 210016;南京航空航天大学高新技术研究院江苏南京 210016;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室江苏南京 210016;南京航空航天大学机电学院江苏南京 210016;南京航空航天大学高新技术研究院江苏南京 210016【正文语种】中文【中图分类】TH117.1世界能源的1/3最终将被各种摩擦所消耗，摩擦不仅消耗资源，而且还会造成环境污染，因此如何挽回机械摩擦磨损过程中耗费的能源，成为世界一大难题［1］。
DLC薄膜的表面形貌及其摩擦学性能研究
润滑与密封
LUBR ICATION ENGINEER ING
July 2005 No14 ( serial No1170)
DLC薄膜的表面形貌及其摩擦学性能研究 3
白秀琴 1, 2 李 健 2 严新平 1
(11武汉理工大学可靠性工程研究所 湖北武汉 430063; 2. 武汉材料保护研究所 湖北武汉 430030)
Keywords:DLC film; C + ion beam and vapor deposition; surface topography; tribological p roperties
类金刚石薄膜 (DLC) 是一种非晶态薄膜 , 由于 具有高硬度和高弹性模量 、低摩擦因数 、耐磨损以及 良好的真空摩擦学特性 , 很适合于作为耐磨涂层 , 从 而引起了摩擦学界的重视 。目前制备 DLC 薄膜的方 法很多 , 不同的制备方法所用的碳源以及到达基体表 面的离子能量不同 , 沉积的 DLC 膜的结构和性能存 在很大差别 , 摩擦学性能也不相同 。
图 2 摩擦因数随试验时间变化的关系曲线
为了考察真空蒸发离子束辅助镀膜得到的 DLC 薄膜的表面形貌对其摩擦学行为的影响 , 对 DLC 薄 膜的摩擦学性能进行了测试 , 得到在相同的实验条件 下 , 弹簧钢片 和 Ti6A l4V 球 基 体以 及 镀 DLC 膜后 , 其摩擦因数随试验时间变化的关系曲线 , 如图 2 所 示 。图 2 ( a)表明 , 与轴承钢对磨时 , 弹簧钢基体的 稳定摩擦因数约为 014 ～015, 经真空蒸发离子束辅 助处理后 , 弹簧钢基体表面 DLC薄膜的摩擦因数小 于 012, 基本稳定在 011。图 2 ( b) 表明 , Ti6A l4V / UHMW PE对 磨 时 的 摩 擦 因 数 基 本 稳 定 在 0115, Ti6A l4V 基体表面 DLC薄膜同 UHMW PE对磨时的摩
简述润滑剂的作用及其分类
简述润滑剂的作用及其分类
润滑剂是一种广泛应用于润滑工业中的物质，其作用主要是减少摩擦、降低磨损、延长机械设备使用寿命，提高工作效率。
根据润滑剂的不同用途和特性，可以将其分为以下几类：
1. 固体润滑剂：主要由固体粉末或纤维组成，具有良好的减摩和防磨损效果，适用于高温和高压环境。
2. 液体润滑剂：是一种常见的润滑剂，主要包括润滑油和润滑脂两种形式。
润滑油具有流动性强、温度范围广的特点，适用于高速摩擦表面的润滑，如发动机、齿轮箱等；润滑脂则具有黏稠度高、润滑效果持久的特点，适用于低速、高负荷、易受污染的摩擦表面。
3. 气体润滑剂：主要包括气体和液化气体两种形式。
气体润滑剂具有低粘度、低摩擦系数和高传热系数的特点，适用于高速、高温和高压的摩擦表面，如轴承和机械密封件。
4. 固液混合润滑剂：是将固体润滑剂和液体润滑剂混合而成的润滑剂，具有固体润滑剂和液体润滑剂的优点，适用于各种摩擦表面的润滑。
以上是润滑剂的主要分类及其应用范围，不同类型的润滑剂有其独特的性能和应用场合，选择合适的润滑剂对于机械设备的运行和维护至关重要。
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类金刚石薄膜的载流摩擦学行为及其摩擦磨损机理的研究
类金刚石薄膜的载流摩擦学行为及其摩擦磨损机理的研究类金刚石薄膜的载流摩擦学行为及其摩擦磨损机理的研究摩擦学（tribology）是一门研究接触过程中摩擦、磨损、润滑等问题的学科。
类金刚石薄膜作为一种具有特殊性能的材料，其在载流环境下的摩擦学行为及其摩擦磨损机理一直备受关注。
类金刚石薄膜具有优异的硬度、低摩擦系数和高耐磨性等特点，广泛应用于各个领域，包括硬盘头部、摩擦件和切削工具等。
对于了解类金刚石薄膜在载流环境下的摩擦学行为以及其摩擦磨损机理，对于进一步提高其应用性能具有重要意义。
首先，我们来研究类金刚石薄膜在载流环境中的摩擦学行为。
载流环境可以改变材料的摩擦性能，因此需要对载流速度、温度和润滑剂等因素进行控制和研究。
通过摩擦学实验，可以获取摩擦系数随载流速度和温度的变化规律，并分析其内在机理。
实验结果表明，类金刚石薄膜在适当的载流速度和温度下，具有较低的摩擦系数和良好的润滑性能。
这与其表面形貌、化学成分以及微观结构有着密切关系。
其次，我们将研究类金刚石薄膜的摩擦磨损机理。
类金刚石薄膜的使用寿命和摩擦磨损机制直接相关。
通过对薄膜表面形貌、摩擦副界面的形成和磨损机制等进行研究，可以了解类金刚石薄膜的摩擦磨损过程。
实验结果表明，类金刚石薄膜在载流环境中的摩擦磨损主要包括磨粒磨损、表面氧化和界面剥离等。
这些机制的发生与载流速度、温度和载荷等因素有关。
最后，我们将探讨如何优化类金刚石薄膜的摩擦学性能。
基于对类金刚石薄膜摩擦学行为及其摩擦磨损机理的研究，可以采取相应的措施来提高其使用寿命和性能。
例如，通过表面处理，可以改善类金刚石薄膜的润滑性能；通过合理选择载流速度和温度，可以减小摩擦系数和磨损速率；通过添加适当的添加剂，可以增加薄膜的抗氧化性能。
这些措施可以进一步拓展类金刚石薄膜的应用范围和提高其实际效果。
综上所述，类金刚石薄膜的载流摩擦学行为及其摩擦磨损机理的研究对于了解该材料的摩擦学特性和提高其应用性能具有重要意义。
两种固体润滑涂层转动微动摩擦学特性研究的开题报告
两种固体润滑涂层转动微动摩擦学特性研究的开题报告题目：两种固体润滑涂层转动微动摩擦学特性研究研究背景：润滑在机械工程中起着至关重要的作用，它能降低机械零件的摩擦系数，减少能源损耗，延长机械零件的使用寿命。
目前，在机械工程领域中，有很多种不同的润滑方式，如固体润滑、流体润滑等。
在这些润滑方式中，固体润滑因其可靠性好、维护成本低、环境友好等特点，被越来越广泛地应用于各种机械设备中。
研究内容：本文选取两种不同类型的固体润滑涂层，对其在转动微动下的摩擦学特性进行研究。
首先，对所选涂层进行表征，包括涂层的厚度、硬度、表面粗糙度等，总结其物理化学性质。
然后，在实验室环境下，采用旋转磨损试验仪，研究两种涂层的微动摩擦系数、摩擦学特性以及涂层磨损机理。
最后，对比分析两种涂层的优缺点，为涂层在实际应用中的选择提供参考。
研究方法：本研究采用试验研究法和理论分析法相结合的方法，主要包括以下步骤：1.选取两种不同类型的固体润滑涂层进行测试和对比；2.对选取的两种涂层进行表征，包括硬度测试、SEM等常见表征测试；3.设计转动微动实验方案，使用旋转磨损试验仪进行实验研究；4.对实验数据进行统计分析和处理，得出两种涂层在转动微动下的摩擦学性能以及磨损机理；5.结合实验结果，对比分析两种涂层的优缺点，为实际应用中的选择提供参考。
预期结果：该研究将研究两种不同类型的固体润滑涂层的转动微动摩擦学特性，并比较两种涂层的优缺点。
通过研究，我们预计可以得到以下结果：1. 两种涂层的微动摩擦系数和磨损机理；2. 两种涂层的优缺点比较分析，为涂层在实际应用中的选择提供参考。
研究意义：本文对于提高机器设备的耐用性和性能，降低维护成本，减少环境污染等具有一定的现实意义。
同时，本文研究的涂层在航空、汽车、机床、轴承等领域中有着广泛的应用前景，对于相关行业的工程技术人员具有一定的参考价值。
润滑条件下金刚石薄膜及石墨／金刚石复合薄膜的摩擦学性能
润滑条件下金刚石薄膜及石墨／金刚石复合薄膜的摩擦学性能
本文报告了润滑条件下金刚石薄膜及石墨/金刚石复合薄膜的
摩擦学性能。
通过实验，我们发现这两种结构的摩擦系数相对较低。
首先，我们在润滑剂润湿的环境中测试了金刚石薄膜的摩擦性能。
结果表明，该薄膜的摩擦系数小于0.1。
该值非常低，接
近于理想摩擦系数0。
此外，金刚石薄膜具有强烈的耐磨性，
可以抵抗高温和冲击力。
其次，我们利用变频器试验法研究了一层石墨/金刚石复合薄
膜的摩擦学性能。
实验测试结果表明，石墨/金刚石复合薄膜
具有极低的摩擦系数，约为0.02。
而且，复合薄膜具有优异的防腐性能，可以有效抗潮，耐水性能较好。
此外，复合薄膜还具有良好的热塑性、优异的耐热性和良好的热特性，可以有效抑制热膨胀和应力集中，并显示出优异的抗震性。
总之，润滑条件下，金刚石薄膜和石墨/金刚石复合薄膜都具
有良好的摩擦性能，其摩擦系数很低，而且具有优异的耐磨性、防腐性和耐水性。
因此，这种薄膜能够有效应用于航空、核工业、冶金以及船舶等行业，可以大大提高抗磨损性能并提升工作效率。
润滑条件下金刚石薄膜及石墨_金刚石复合薄膜的摩擦学性能_侯亚奇
第22卷 第1期摩擦学学报V ol22, No1 2002年1月TRIBOLOGY Jan,2002润滑条件下金刚石薄膜及石墨/金刚石复合薄膜的摩擦学性能侯亚奇,庄大明,张 弓,刘家浚,吴敏生(清华大学机械工程系,北京100084)摘要:利用SRV摩擦磨损试验机对比考察了液体石蜡润滑时硬质合金基体上金刚石薄膜和石墨/金刚石复合薄膜的摩擦学性能,采用扫描电子显微镜对试样和磨痕表面形貌进行了观察分析,并进而探讨了磨损机理.结果表明,在润滑条件下,石墨/金刚石复合薄膜的摩擦系数和磨损体积损失均较金刚石薄膜的小,金刚石薄膜和石墨/金刚石复合薄膜的主要磨损机理均为亚微断裂磨损,而石墨膜可以有效地减轻亚微断裂磨损.关键词:金刚石薄膜;石墨/金刚石复合薄膜;摩擦学性能;磨损机理中图分类号:T H117.1 文章标识码:A文章编号:1004-0595(2002)01-0001-05金刚石薄膜以其优异的机械、光学和电子学性能而倍受研究者的关注[1,2];作为一种超硬薄膜,其摩擦学性能亦得到了广泛的研究[3~5],而其在工具刀具领域的应用则一直是人们追求的目标[6].从微观尺度而言,金刚石薄膜是一种表面粗糙的多晶薄膜,其摩擦系数相对于光滑金刚石明显偏高,这极大地制约了其在机械领域的应用[5].近年来,人们开展了金刚石薄膜抛光[7,8]、纳米金刚石薄膜[9,10]、类金刚石薄膜[11,12]以及金刚石薄膜表面减摩涂层[13]的研究,以尝试降低金刚石薄膜的摩擦系数.将耐磨涂层和减摩涂层相结合可望获得摩擦学性能优异的改性表面.鉴于石墨具有良好的润滑和减摩性能,本文作者利用磁控溅射石墨靶在金刚石薄膜表面沉积石墨薄膜,制得了石墨/金刚石复合薄膜.采用SRV摩擦磨损试验机考察了金刚石薄膜及石墨/金刚石复合薄膜在不同载荷条件下的摩擦学性能.1 实验部分在YG6基体上分别沉积金刚石薄膜和石墨/金刚石复合薄膜,然后将2种试样用于摩擦磨损对比试验.试样尺寸均为11mm 11mm 4mm.采用HF-CVD法制备金刚石薄膜,薄膜厚度为10 m;然后通过磁控溅射在金刚石薄膜表面镀覆石墨薄膜,即得到石墨/金刚石复合薄膜试样,其石墨层厚度约为2.5 m.摩擦磨损试验在SRV高温磨损试验机上进行,试验环境为常温,润滑剂为液体石蜡.上试样为热压氧化锆陶瓷球,直径为 9.50m m.试验参数为振动频率30H z,振幅1mm,载荷80N、120N、160N和200N,试验时间30min.利用JSM-6301F型场发射扫描电子显微镜观察试样和磨痕表面形貌,利用Talysurf5-120型表面形貌仪测定试样表面粗糙度和磨痕断面形状,并计算磨痕长度,进而求出磨痕体积损失.利用SPEX -1403型拉曼光谱仪获得金刚石薄膜的拉曼散射谱,用显微硬度计和纳米硬度计测定试样的硬度,所采用载荷分别为0.1N和20mN.2 结果与讨论2.1 试样基本性能本文所用硬质合金基底由YG6硬质合金刀片经线切割得到,其主要成分为WC和Co(6.6%).基金项目:国家自然科学基金资助(59675029).收稿日期:2001-04-01;修回日期:2001-07-20/联系人侯亚奇,E-mai l:hyqgg@.作者简介:候亚奇,男,1979年生,博士研究生,目前主要从事功能薄膜材料的研究.金刚石薄膜试样的拉曼散射谱如图1所示.可以看出,在波数为1332cm -1处的峰很尖锐,说明金刚石薄膜纯度高,质量好.图2所示为金刚石薄膜试样的表面形貌SEM 照片,可见明显的块状金刚石晶粒.石墨薄膜表面形貌SEM 照片如图3所示,可见石墨薄膜主要由球形的石墨颗粒堆积而成.Fig 1 Raman spectr a of diamond film 图1金刚石薄膜拉曼散射谱图F ig 2 SEM photograph of diamond film specimen图2 金刚石薄膜表面形貌SEM照片F ig 3 SEM photograph of graphite film图3 石墨薄膜形貌SEM 照片利用显微硬度计测得所用硬质合金基底的硬度为1536HK ,用纳米硬度计测得金刚石薄膜试样的硬度为11092H V.氧化锆陶瓷球硬度为89H RA.用形貌仪测得金刚石薄膜的粗糙度R a 为0.31 m,石墨/金刚石复合薄膜的粗糙度R a 为0.35 m.2.2 摩擦磨损性能图4所示为金刚石薄膜和石墨/金刚石复合薄膜同氧化锆对摩时摩擦系数随时间的变化曲线.可以看出:在液体石蜡润滑条件下,金刚石薄膜和石墨(a)Diamond film speci m ens(b)Graphite/diamond com posite film specimensF ig 4 T he variation curv es of friction coefficient w ith timeunder differ ent loads图4 不同载荷下试样摩擦系数随时间变化曲线/金刚石复合薄膜的摩擦系数均随着载荷的增大而增大;在试验初期摩擦系数较高,随后摩擦系数逐渐降低并趋于平稳.对比图4(a 和b)可以看出,在相同的频率、振幅和载荷条件下,石墨/金刚石复合薄膜试样的稳定摩擦系数均比金刚石薄膜试样的小.图5所示为2种试样的磨损体积损失随载荷变化的关系曲线.可以看出:在润滑条件下金刚石薄膜与石墨/金刚石复合薄膜的磨损体积损失均小于2摩 擦 学 学 报第22卷Fig 5 V ariation of wear volume loss with load underparaffin o il lubrication图5 液体石蜡润滑下磨损体积随载荷变化的曲线7.50 10-4mm 3且均随载荷的增大而增大.而石墨/金刚石复合薄膜的磨损体积损失较小,说明石墨/金刚石复合薄膜中的石墨层能有效降低金刚石薄膜的磨损消耗,在载荷较小时,这种效果尤为明显.2.3 磨痕形貌观察及磨损机理分析图6给出了在液体石蜡润滑、载荷为80N 和200N 条件下金刚石薄膜试样的磨痕形貌SEM 照片,其中表面白色絮状部分经EDS 分析确认为氧化锆转移层.对比图6(a 和b)可以看出,随着载荷的增加,氧化锆向金刚石表面的转移加剧.尽管如此,在2种试样的磨痕表面并未出现金属摩擦副常见的(a)80N (b)200NFig 6SEM photogr aphs of wear tracks on diamond film specimen under different loads图6 不同载荷下金刚石薄膜试样磨痕形貌SEM 照片犁沟磨痕,而金刚石薄膜的磨损形式表现为微研磨磨损.这是由于液体石蜡在摩擦副表面间形成了边界润滑层,再加之金刚石本身硬度极高,内聚力大所致.根据摩擦副的特点和磨损表面形貌SEM 分析结果,我们认为其磨损机理为亚微断裂机制,即金刚石颗粒表面亚微米尺寸的微突体在摩擦力作用下发生断裂的机制.摩擦初始阶段薄膜表面的微突体较为尖锐,微突体之间存在互锁作用,相应的摩擦系数较高.随着亚微断裂过程的逐渐进行,微突体表面被逐渐磨平,变得圆滑、平整并不易脱落,摩擦系数则逐渐趋于稳定.另外,从磨痕表面存在转移的氧化锆可以推测还存在粘着磨损机制.对比图6(a 和b)可以看出,随着载荷的增大,金刚石表面的亚微断裂增多,其附着的氧化锆陶瓷也增多,说明载荷越大,磨损越剧烈.图7(a 和b )给出了在液体石蜡润滑、载荷分别为80N 和200N 条件下石墨/金刚石复合薄膜试样的磨痕形貌SEM 照片.由于在氧化锆陶瓷与薄膜试样接触表面之间形成了边界润滑膜,同时石墨起了固体润滑作用,相应的磨损相对减轻.在石墨/金刚石复合薄膜试样中,金刚石晶粒主要呈圆滑的球形或近球形,在金刚石晶粒间则存在黑色的石墨粉末.因金刚石与氧化锆陶瓷均为脆性材料,在边界润滑和固体润滑的共同作用下,其主要磨损形式为微突体之间的微研磨磨损,其磨损机理也为亚微断裂机制.对比图7(a 和b)可以看出,载荷越小,金刚石晶粒间石墨粉末越多,固体润滑作用越强.随着载荷的增大,石墨的损耗加剧,金刚石晶粒间的石墨粉末逐渐减少,固体润滑作用减弱;同时白色的氧化锆陶瓷增多.此时,金刚石表面的亚微断裂和粘着作用加剧,因此随着载荷的增大磨损体积损失和摩擦系数逐渐增大.对比图6和图7可以看出,石墨/金刚石复合薄膜中的金刚石晶粒较为圆滑,磨痕表面存3第1期 侯亚奇等: 润滑条件下金刚石薄膜及石墨/金刚石复合薄膜的摩擦学性能在明显的微细石墨颗粒.而金刚石薄膜中的金刚石晶粒棱角较为清晰,存在一定的晶粒剥落现象.这同第2.2节中薄膜材料相应的摩擦系数和磨损体积损失相对应.(a)80N (b)200NF ig 7 SEM photographs of wear tracks on gr aphite/diamond co mposite film at different lo ads图7 不同载荷下石墨/金刚石复合薄膜磨痕形貌SEM 照片3 结论a. 在液体石蜡润滑条件下,金刚石薄膜和石墨/金刚石复合薄膜的摩擦系数随载荷的增大而增大.在相同试验条件下,石墨/金刚石复合薄膜的摩擦系数和磨损体积损失均较小.b. 在液体石蜡润滑条件下,金刚石薄膜与石墨/金刚石复合薄膜的磨损机理主要为亚微断裂机制及粘着磨损.载荷越大,亚微断裂与粘着磨损越严重,摩擦系数和磨损体积损失也越大.复合薄膜中的石墨膜可以有效地减轻亚微断裂和粘着磨损.参考文献:[1]Robert F Davis.Diamond Films an d Coatings [M ].New Jersey:Noyes Publication.1993:147-150.[2]Tsai Hsiao-chu,Bogy D B.Characterization of diamondlike car -bon films and their application as overcoats on thin-films media for magnetic recording [J].J Vac Sci Technol A,1987,5(8):3287-3310.[3]Jahanmir S,Deckman D E,Ives L K,et al.Tribological charac -teristics of synthesized diamond films on silicon carbide [J].W ear,1989,133:73-81.[4]H ayward I P,S i nger I L,Sei tzman L E.Effects of roughness onthe friction of diamond on CVD diamond coatings [J ].W ear,1992,137:215-227.[5]Gardos M N,Soriano B L.The effect of environm ent on the tri bo -logical properties of polycrystalline diamond films [J].J M ater Res1990,5(11):2599-2609.[6]Faure C,Hann i W,Julia S chmutz C,et al.Diamond-coated tools[J].Diamond and Related M aterial s,1999,8:830-833.[7]M alshe A P,Park B S ,Brow n W D,et al.A review of techniquesfor polishing and planarizing chemically vapor -deposited (CVD)di amond films and substrates [J].Diamond and Related M aterials,1999,8(7):1198.[8]Zaitsev A M ,Kosaca G,Richarz B,et al.Thermochem i cal poli sh -i ng of CVD diamond films [J].Diamond and Related M aterials,1998,7(8):1108-1117.[9]C how L,Zhou D,Hussain A,e t al .Chemical vapor deposition ofnovel carbon materi als [J].Thin Solid Fi lms,2000,368:193-197.[10]Esteve J,Polo M C,Sanchez G.Diamon d and diamond-li k e car -bon films [J].Vacuum,1999,52:133-139.[11]Zhu Hong(朱宏),Li u Xianghuai(柳襄怀),Ren Congxi n (任琮欣),et al.T ribologi cal Properties of Diamond Like Carbon Fil m Prepared by Low Energy Ion Beam Assisted Depositi on with a S i n -gle Ion S ource(单源低能离子束辅助沉积类金刚石薄膜摩擦性能的研究)[J].Tribology(摩擦学学报),1995,15(2):118.[12]Ch en Jingsheng(陈景升),Wang Xuejun(王学军),Zheng Zhihao(郑志豪),et al.Study of Structure and T ribological Properties of Diamond Like Carbon S ynthesized from Polymer(聚合物热解合成类金刚石薄膜的结构及摩擦学性能研究)[J ].Tribology(摩擦学学报),1998,18(3):193.[13]Endler I,Bartsch K,Leonhardt A,et al.Preparation an d w earbehaviour of w oodw ork i ng tools coated w ith superhard layers [J ].Diamond and Related M aterials,1999,8(2-5):834-839.4摩 擦 学 学 报第22卷Tribological Performance of Diamond Film and Graphite/DiamondComposite Film under Paraffin Oil LubricationHOU Ya-qi,ZHUANG Da-ming,ZHANG Gong,LIU Jia-jun,WU M in-sheng(Dep ar tment of Mechanical Engineering ,T singhua U niver sity ,Beij ing 100084,China)Abstract:The tribolog ical performance of diamond film and graphite/diamond composite film under paraffin oil lubrication w as compared on an SRV friction and w ear test rig.The surface morphologies of the films and w ear tracks were observed with a scanning electron microscope.T he w ear volume losses of the film specimens w ere determined w ith a profilometer.The w ear mechanisms of the films are discussed as w ell.The results show that w ith paraffin oil lubrication the friction coefficient and w ear volume loss of graphite/diamond composite film are low er than those of the diamond film.Both the diamond film and graphite/diamond composite films are charac -terized by sub-micro-fracture and adhesion w ear in sliding ag ainst the ceramic counterpart under the lubrica -tion of liquid paraffin.Key words:diamond film ;graphite/diamond composite film;tribolog ical performance;w ear mechanism Auther:HOU Yaqi,male,born in 1979,Ph. D.,E-mail:hyqgg @.5第1期 侯亚奇等: 润滑条件下金刚石薄膜及石墨/金刚石复合薄膜的摩擦学性能。
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用 UM T - 2M T往复式球 - 盘微摩擦磨损试验 机评价薄膜的摩擦磨损性能 . 试验条件为大气 (相对 湿度 RH 40% ～42% ) ,室温 ( 20 ～25 ℃) 环境 ,对偶 件采用 < 3 mm 的 GCr15 钢球 ,载荷为 3 N ,滑动速度 为 9 m /m in. 摩擦系数均为相同试验条件下 3 次重复 试验测量结果的平均值 , 以摩擦系数发生突变时所 经历的往复滑动次数表征薄膜的耐磨损寿命并以此 评价其耐磨性能 . 将 DLC 薄膜表面油脂清洗后 , 用 M icro - XAM 三维轮廓仪对其磨痕表面形貌进行了分析 . DLC 薄膜在油脂润滑下的磨损率 (W ) 计算公式 如下 :
第 30 卷 第 3期 2010 年 5 月
摩 擦 学 学 报
Tribology
Vol . 30 No. 3 M ay, 2010
固体 - 油脂复合润滑 Ⅱ:类金刚石 ( DLC)薄膜 在几种空间用油脂润滑下的摩擦学性能
郝俊英 ,王 鹏 ,刘小强 ,刘维民
(中国科学院 兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室 ,甘金刚石 (D iamond - like carbon, 简称 DLC)薄膜在几种空间常用的液体润滑剂如甲基氯 苯基硅油 ( 114#润滑油 ) 、 氟丙基氯苯基硅油 ( 115#润滑油 ) 、 聚 α - 烯烃 [ PAO ( 201 ) 润滑油 ]、 全氟聚醚 ( Z - 25 润滑 油 )以及对应润滑脂 KK - 4、 KK - 5、 KK - P ( 201 )和 601EF润滑下的摩擦学性能 . 结果表明 : DLC 薄膜与试验选用的 油脂复合后表现出良好的协同效应 . 与 DLC薄膜相比 ,其减摩性能得到不同程度的改善 ,摩擦系数降低 2 ～6 倍 ; 其 耐磨寿命提高了 10 多倍 ,起到了明显的延寿作用 . 关键词 : DLC薄膜 ; 固体 - 油脂复合润滑 ; 边界润滑 ; 摩擦磨损 中图分类号 : TH117. 3 文献标志码 : A 文章编号 : 1004 - 0595 (2010) 03 - 0217 - 06
HAO Jun - ying , WANG Peng, L IU Xiao - qiang, L IU W ei - m in
( S ta te Key L abora tory of S olid L ubrica tion, L anzhou Institu te of Chem ica l Physics, Ch inese A cadem y of S ciences, L anzhou 730000, Ch ina )
601EF润滑条件下的摩擦学性能 , 以考察它们之间
脂 KK - 4、 KK - 5、 KK - P ( 201 ) 和 Castrol 601EF 润 滑脂 . 分别取上述液体润滑剂适量 ,将其分别均匀涂 覆于制备好的 DLC 薄膜表面 , 涂覆膜的厚度不超过
1. 0 mm ,制得固体 - 油脂复合润滑薄膜 . 1. 3 摩擦学性能测试及表面分析
Z - 25润滑油润滑条件下的起始摩擦系数和稳态摩
的匹配性 .
擦系数如图 1 所示 .
1 实验部分
1. 1 DLC 薄膜制备
试验选用 N ( 100 )型单晶硅片为基材 ,表面粗糙 度 R a 约为 0. 02 μm , 纳米硬度约为 11 GPa; 用无水 乙醇和丙酮各超声清洗 20 m in, 吹干后装入镀膜装 置 ,采用中频磁控溅射制备 DLC 薄膜 . 制备过程见 文献 [ 18 ]. 所得 DLC 薄膜表面光滑 , 表面粗糙度 R a 约为 0. 02 ～0. 03 μm ,厚度约为 900 nm ,纳米硬度约 为 21 GPa. 1. 2 固体 - 油脂复合润滑薄膜的制备 试验用液体润滑剂分别为空间用 114 润滑油 、 # 115 润滑油 、 PAO ( 201 ) 润滑油 、 Z - 25 润滑油以及 与之相对应的用聚四氟乙烯颗粒稠化剂稠化的润滑
#
Fig . 1 Friction coefficients of DLC film s under lubrication of oils in air speed 9 m /m in, load 3 N
图 1 DLC薄膜在油润滑条件下的摩擦系数
(滑动速度 9 m /m in,载荷 3 N )
Solid L ubr ica ti n g F ilm /O il or Grea se Complex System II : Tr ibolog ica l Properties of DLC F ilm Coa ted w ith Space O ils and the Rela ted Grea ses
第 3期
郝俊英 ,等 : 固体 - 油脂复合润滑 Ⅱ: 类金刚石 (DLC )薄膜在几种空间用油脂润滑下的摩擦学性能
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从图 1 可以看出 ,与 DLC 薄膜干摩擦相比 , DLC 薄膜在各种油润滑条件下的起始摩擦系数和稳态摩 擦系数均得到明显改善 . 就起始摩擦系数而言 , DLC # # 薄膜在 PAO ( 201 ) 、 114 、 115 和 Z - 25 油润滑条件 下的起始摩擦系数分别为 0. 056、 0. 084、 0. 085 和
3
Abstract: DLC film was p repared by magnetron - sputtering . Lubricants used at space technology, i . e. chlorophenyl # butyl w ith methyl term inated silicon oil ( code as 114 oil) , trifluorinated - butyl w ith methyl term inated silicon oil ( code as # 115 oil) , poly - α - olefin ( code as PAO (201) oil) , perfluorinated polyether ( code as PFPE oil) , and the related grease
W = S N ・L ( 1)
3
式中 : S 表示磨痕的磨损体积 , 单位为 mm , N 表示摩擦时的载荷 ,单位为 N , L 表示摩擦全长行程 , 单位为 m.
2 结果与讨论
2. 1 DLC 薄膜在油和脂润滑下的摩擦系数 DLC 薄膜在本试验条件下的起始摩擦系数和稳
态摩擦系数均较高 ,分别为 0. 26 和 0. 12. DLC 薄膜 # # 在 114 润 滑油 、 115 润滑油 、 PAO ( 201 ) 润滑 油 和
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空间和信息技术的迅猛发展要求润滑材料具有 超薄 、 低摩擦 、 长寿命特性 , 并要求具有高可靠性与 稳定性 . 美国 NASA 和欧洲 ESA 都十分重视复合薄 膜材料在降低摩擦磨损 、 延长运动部件寿命方面的 研究工作 ,认为这将是发展长寿命 、 高可靠性空间飞 行器运动部件的重要技术途径 . 国内外研究表明 , DLC 薄膜是最具吸引力的新一代低摩擦固体润滑薄 [1 - 3] 膜材料 . DLC 薄膜由于具有较高硬度 、 良好的化学惰性 、 [4 - 6] 生物相容性及独特的光学性能 , 尤其是良好的 [7 - 8] 机械和润滑性能 , 因此在轴承 、 齿轮 、 磁盘及微 电子机械系统 (M EM S)等方面显示了良好的应用前 景 . 同时 , DLC 薄膜也存在以下不足 : 如较高的内应 力、 韧性较差以及其摩擦学性能表现出较强的环境 [ 9 - 10 ] 敏感性等 . 目前 , DLC 薄膜的内应力和韧性已 [ 11 - 17 ] 经通过掺杂和过渡得以改善 ,而其摩擦学性能 的环境敏感性是由其本身结构决定 ,较难克服 . 鉴于 DLC 薄膜具有良好的化学惰性 , 设想在 DLC 薄膜表面涂覆 1 层液体润滑剂 , 这样既可以隔 绝 DLC 薄膜与环境直接接触 , 降低其对环境的敏感 性 ,又可为液体润滑剂起到承载作用 ,这种双效润滑 可能会同时起到降低摩擦 、 延长使用寿命的作用 . 关 [ 10 - 11, 17 ] 于 DLC 薄膜本身的摩擦学性能研究已较多 , 这里不再讨论 . 本文主要探讨了 DLC 薄膜在几种空 # 间常用的液体润滑剂甲 基氯 苯基硅 油 ( 114 润滑 # 油 )、 氟丙基氯苯基硅油 ( 115 润滑油 ) 、 聚 α - 烯烃 [ PAO ( 201 )润滑油 ]、 全氟聚醚 ( Z - 25 润滑油 ) 以 及对应的润滑脂 KK - 4、 KK - 5、 KK - P ( 201 ) 和
formulated by PTFE powders, code as KK - 4 grease, KK - 5 grease, KK - P ( 201 ) grease and 601EF grease were synthesized or p repared. Friction and wear p roperties of the DLC fil m as well as the DLC fil m coated w ith 114 oil, 115 oil, PAO (201) oil PFPE oil or KK - 4 grease, KK - 5 grease, KK - P ( 201) grease and 601EF grease were investigated on a UM T - 2M T tribo - meter . The worn surfaces of the film were observed by a M icro - XAM three - dim ensional p rofilometer . It was found that the starting friction coefficient, steady friction coefficient and the wear life of DLC dry - film were about 0126, 0. 12 and 600 m , respectively . The friction and wear p roperties of solid lubricating DLC film /oil or grease comp lex lubrication system s were much better than that of DLC dry - film. The friction coefficient reduced by about 2 to 6 tim es compared to that of DLC dry - film , and their wear life increused more than 10 tim e as compared to pure DLC film , exceeded 7560 m. The comp lex lubrication system s exhibit excellent friction and wear perfor mance, and are potentional good lurbricating system for space industry . Key words: DLC film , solid film /oil or grease composite lubrication, boundary lubrication, friction and wear