碳基薄膜与铜摩擦界面和摩擦学行为的理论实验耦合研究

发布时间：2020-03-27 04:36

【摘要】：类金刚石碳基薄膜因其低摩擦因数、高硬度、良好的化学稳定性和耐腐蚀性而越来越受到科研工作者的广泛关注。在软金属中,铜与金刚石或类金刚石薄膜的摩擦学行为表现特殊,并且界面处钝化元素氟、氢会影响其力学特性和摩擦学行为。相关界面黏着转移和减黏着调控机理尚不清晰,因此本文第一部分运用第一性原理方法研究清洁和钝化界面结构,电学及力学特性。研究结果表明铜金刚石界面体系因原子间的相互作用表现出特殊的黏着转移现象,直接导致相较于其他软金属而言特殊的摩擦学行为。接下来又系统分析了界面处氟原子和氢原子对其力学特性的影响,氟原子的钝化作用使得界面的分离功大大降低,结合相关动力学研究,理论预测了氟元素对铜金刚石体系摩擦学性能的改善具有巨大潜力。与此同时,本文第二部分通过制备含氢与无氢类金刚石碳基薄膜,采用实验分析与模拟计算结合的方法研究了不同氢含量碳基薄膜与铜配副的摩擦学特性并讨论氢原子在其调控摩擦界面时所发挥的作用。结果表明摩擦界面结构特性对于类金刚石碳基薄膜铜配副体系摩擦学性能有非常重要的影响,氢原子可以通过减小摩擦副之间的黏着从而起到调控摩擦界面的作用。通过向中掺杂氢等钝化元素可有效调控界面处的相互作用从而调控体系摩擦学行为。以上结论对从原子尺度到宏观尺度下理解铜金刚石体系的摩擦学行为提供借鉴,并且促进了类金刚石碳基薄膜在工程领域的应用。
【图文】：

作者的广泛关注 。与金刚石薄膜的性质类似半导体带隙等优点使其在汽车零部件、光学窗用来做保护材料。类金刚石碳基 薄膜是含石墨结构 六方层状结构，， 键 的非晶碳膜，杂化键含量可以在 的范围内变化波动范围内变化 。从一般性出发， 杂化键形成，我们熟知的 键电子决定着薄膜的电学和光学形成，所以薄膜的电学和光学性能由 电子决氢含量也会通过改变薄膜组成而影响薄膜的硬受影响。 等 通过研究和分析别人的数据金刚石薄膜的结构，其相图如图 所示。该的杂合特征及碳基材料之间的结构和成份的差置取决于由 薄膜的沉积条件及制备方法多样性 。

图 3.1 计算模型与滑移方向讨论质的计算分析作主要计算了清洁的金刚石和含有钝化元素 和 的金刚量的分析钝化元素在表面所起的作用。计算方法如下：12表面能， 表示构建的表面模型优化后的总能量，A 是表， 表示原子α在材料块体内部的化学势。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH117

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本文编号：2602474