非晶碳基薄膜材料多環(huán)境下的摩擦學性能研究.pdf

1、非晶碳基薄膜材料具有較高的硬度、優(yōu)異的摩擦學性能等特點使其在科學和工業(yè)領域獲得越來越廣泛的關注，然而薄膜的內應力與結合強度問題、環(huán)境敏感性問題和韌性差問題等成為非晶碳基薄膜材料研究面臨的主要挑戰(zhàn)。
　　本論文通過磁控濺射技術，在304不銹鋼上制備了以sp2鍵結構為主要成分的類石墨碳膜（GLC與GLC-Cr）及以sp3鍵結構為主要成分的多層梯度類金剛石薄膜（Cr/WC/DLC）。利用場發(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、劃痕測試儀等測試技術分析薄膜樣品的結構及機械性能，利用UMT-3型多功能摩擦磨損試驗機及Rtec-MFT5000型摩擦磨損試驗機考察了非晶碳基薄膜材料的多環(huán)境摩擦學性能，相關結果為非晶碳基薄膜材料在摩擦學領域的廣泛應用提供了理論依據(jù)和技術基礎，結論如下：
　　1、本實驗參數(shù)下制備的類石墨碳膜中，Cr的摻雜促使了類石墨碳膜中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)動機油3種不同環(huán)境下均使得類石墨碳膜的摩擦學性能得到明顯改善，降低了類石墨碳膜對環(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；而陰陽離子相比，陰離子（Cl-）的濃度對薄膜的抗腐蝕性能具有負影響，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配副時的摩擦化學反應使薄膜在酸性環(huán)境下的摩擦學性能較堿性環(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基礎油介質下，類石墨碳薄膜在油環(huán)境下的固液復合潤滑效應使GLC-Cr薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學性能。隨PAO黏度的增大，GLC-Cr薄膜摩擦系數(shù)近似呈減小趨勢，但在PAO40時出現(xiàn)最小值拐點；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