类金刚石薄膜在水基环境中的摩擦学行为研究
发布时间：2020-08-22 19:04
【摘要】：随着全球气候的恶化,不可再生能源的日益短缺,人们的环境保护意识日益增强,以绿色环保、廉价易得的水作为润滑介质,开发新型水基润滑剂来减小甚至消除摩擦具有重要意义,也将为世界各国带来巨大的环境和经济福祉。然而,由于水本身的粘度和压黏系数都非常低,导致边界润滑状态时润滑不足,实现流体动力润滑更加困难,水与金属部件的化学反应还将导致金属的腐蚀问题。本论文通过磁控溅射技术在304不锈钢材料表面沉积了类金刚石碳基薄膜(diamond-like carbon films,DLC films)、合成了二氧化硅/氧化石墨烯纳米复合材料和黑磷/氧化石墨烯纳米复合材料作为水基润滑添加剂,探讨了DLC薄膜在纯水环境和纳米材料添加剂环境中的摩擦学行为及其协同润滑机理,研究结果表明:(1)对于在粗糙不锈钢钢片上沉积的DLC薄膜,其表面粗糙度将对水环境下的摩擦学行为产生影响。表面光滑的DLC薄膜与氮化硅在水环境下对摩时摩擦系数不稳定,表面粗糙的DLC薄膜反而显示出了非常稳定的低摩擦系数,并且具有较长的寿命。研究发现粗糙DLC薄膜优异的摩擦学性能归因于边界润滑时摩擦化学反应产生的保护性润滑膜。(2)通过化学接枝合成了二氧化硅/氧化石墨烯纳米复合材料,该复合材料完美继承了二维层状纳米材料氧化石墨烯与零维纳米颗粒二氧化硅的优势,作为水基添加剂时发挥出了混合维度纳米复合材料的优异润滑性能,在高接触压力下除了产生非常低的摩擦系数外,磨痕特别是对偶球的磨损率大幅度降低,同时还保护了沉积在钢基底上的DLC薄膜免受撕裂。氧化石墨烯纳米片优异的力学性能和二氧化硅纳米颗粒的微观滚珠效应是其润滑和抗磨作用的主要机制。(3)采用改进的液相剥离法合成的二维层状纳米材料黑磷成功地与二维层状纳米材料氧化石墨烯通过自组装法合成了黑磷/氧化石墨烯纳米复合材料。当该二维层状纳米复合材料作为水基添加剂时,与单一的黑磷和氧化石墨烯相比,表现出了优越的润滑性能。该亲水化纳米复合材料表面吸附和层间渗入的水分子和微观二维层状异质结构使层间剪切力显著降低,从而导致了DLC在水环境中的低摩擦行为。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2
【图文】：
兰州交通大学硕士学位论文Li+、Na+、K+）的宏观超润滑，通过与酸溶液的磨合，产生易于剪切的硅胶层，提供了良好的边界润滑；磨合化硅层，在水溶液中带负电荷，将水合钾反离子圈闭，生水化斥力，提供良好的水化润滑，从而能够支撑较大响应，水化程度越高，润滑效果越好，摩擦越小[39]。命的润滑剂 ，在生物水基润滑系统中表现出无与伦比使在科技如此发达的当下对自然界生物体的优异的摩擦战[3, 42]。自然界的水基润滑系统给仿生水基润滑提供了枝[43, 44]、仿鲨鱼皮的水润滑尾轴承[45]、仿生微胶囊水润
兰州交通大学硕士学位论文也可能在大范围的内变化[54]。DLC 的另一个独特之处是它底材料上，然而，DLC 薄膜建立强结合或粘附的能力会因这很大的不同，对于大多数摩擦学应用，DLC 膜必须与它们的，在滑动接触过程中产生的高法向力和/或剪切力的影响下离。DLC 与碳化物、硅基（如 Si、Ti、W、Cr）基体之间容着力。DLC 涂层与其他金属和陶瓷基板的粘附性可能不那上沉积一个初始粘结层来改善，然后再沉积 DLC。这些键层硅化物元素中选择的，例如 Cr、W、Si、Ti 和 Nb，这些元生化学反应，从而保证了强键合。理想情况下，这些界面层 DLC 沉积开始之前进行的，这种做法使叠加层之间引入的小化，并允许对整个沉积方法进行高精度控制[54]。
）评估碳原子键，并确定原始薄膜和磨痕表面的结构。 类金刚石薄膜在水环境中的摩擦学性能 CSM 摩擦磨损试验机（瑞士 CSM TRN 0204015）上，对沉积的 DLC 膜测试。在去离子水和空气做比较测试，值得注意的是滑动方向垂直于打进行的试验中，球和 DLC 膜被浸入去离子水下，如图 2.1 所示。氮化硅（为 6mm，固定在静止的夹具中，其载荷为 5N。赫兹接触压力为 1.55GP在水槽的底部，进行往复运动，频率为 5Hz，振幅为 5mm，测试周期为 200 m）。该测试距离足以在不同的滑动阶段内获得摩擦性能信息，经过我们还可以有效地获取磨损信息，并通过各种方法对润滑机理进行探讨。 1 ~ 2 mm，足以产生水润滑，在滑动试验中，水的阻力（1.24×10-28以忽略。试验中的温度 25 2 ℃，相对湿度 35 5 %RH，不会影响结果和。数据的采集频率和摩擦力的分辨率分别为 50 Hz 和 0.005 N。水膜厚度算。摩擦学试验经过多次重复以检验重复性，平均摩擦系数值由 25~20计算出。
本文编号：2801032
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2
【图文】：
兰州交通大学硕士学位论文Li+、Na+、K+）的宏观超润滑，通过与酸溶液的磨合，产生易于剪切的硅胶层，提供了良好的边界润滑；磨合化硅层，在水溶液中带负电荷，将水合钾反离子圈闭，生水化斥力，提供良好的水化润滑，从而能够支撑较大响应，水化程度越高，润滑效果越好，摩擦越小[39]。命的润滑剂 ，在生物水基润滑系统中表现出无与伦比使在科技如此发达的当下对自然界生物体的优异的摩擦战[3, 42]。自然界的水基润滑系统给仿生水基润滑提供了枝[43, 44]、仿鲨鱼皮的水润滑尾轴承[45]、仿生微胶囊水润
兰州交通大学硕士学位论文也可能在大范围的内变化[54]。DLC 的另一个独特之处是它底材料上，然而，DLC 薄膜建立强结合或粘附的能力会因这很大的不同，对于大多数摩擦学应用，DLC 膜必须与它们的，在滑动接触过程中产生的高法向力和/或剪切力的影响下离。DLC 与碳化物、硅基（如 Si、Ti、W、Cr）基体之间容着力。DLC 涂层与其他金属和陶瓷基板的粘附性可能不那上沉积一个初始粘结层来改善，然后再沉积 DLC。这些键层硅化物元素中选择的，例如 Cr、W、Si、Ti 和 Nb，这些元生化学反应，从而保证了强键合。理想情况下，这些界面层 DLC 沉积开始之前进行的，这种做法使叠加层之间引入的小化，并允许对整个沉积方法进行高精度控制[54]。
）评估碳原子键，并确定原始薄膜和磨痕表面的结构。 类金刚石薄膜在水环境中的摩擦学性能 CSM 摩擦磨损试验机（瑞士 CSM TRN 0204015）上，对沉积的 DLC 膜测试。在去离子水和空气做比较测试，值得注意的是滑动方向垂直于打进行的试验中，球和 DLC 膜被浸入去离子水下，如图 2.1 所示。氮化硅（为 6mm，固定在静止的夹具中，其载荷为 5N。赫兹接触压力为 1.55GP在水槽的底部，进行往复运动，频率为 5Hz，振幅为 5mm，测试周期为 200 m）。该测试距离足以在不同的滑动阶段内获得摩擦性能信息，经过我们还可以有效地获取磨损信息，并通过各种方法对润滑机理进行探讨。 1 ~ 2 mm，足以产生水润滑，在滑动试验中，水的阻力（1.24×10-28以忽略。试验中的温度 25 2 ℃，相对湿度 35 5 %RH，不会影响结果和。数据的采集频率和摩擦力的分辨率分别为 50 Hz 和 0.005 N。水膜厚度算。摩擦学试验经过多次重复以检验重复性，平均摩擦系数值由 25~20计算出。
【参考文献】
相关期刊论文 前2条
1 魏强兵;蔡美荣;周峰;;表面接枝聚合物刷与仿生水润滑研究进展[J];高分子学报;2012年10期
2 付俊兴;王谦之;周飞;;类金刚石薄膜水润滑摩擦学特性研究进展[J];润滑与密封;2012年07期
本文编号：2801032
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