多层结构设计对Si掺杂DLC多层薄膜机械性能的影响

发布时间：2021-06-30 10:41

本论文主要通过离子束溅射的方法制备了Si掺杂的类金刚石(DLC)单层薄膜和不同亚层模量比以及不同亚层厚度比的多层薄膜,通过改变单层薄膜中Si掺杂含量以及多层薄膜的亚层模量比和亚层厚度比来研究其对薄膜微观结构和机械性能的影响。并且首次添加纳米颗粒Ni和WS2于PAO中与制得的掺Si的DLC单层膜和多层膜组成固液润滑系统,来研究不同的纳米颗粒润滑剂对此种固液润滑系统摩擦学性能的影响,探究其中润滑机理,系统总结规律。(1)采用离子束溅射的方法制备了一系列不同Si含量掺杂的DLC单层薄膜,结果显示,由于Si的掺杂取代C生成的C-Si键能小,大幅度的降低了薄膜的内应力。并且由于C-Si键结合能小于C-C键,薄膜的硬度和模量都随着Si含量增加而减小。掺杂Si后,薄膜的减摩性能得到大大提高,这主要受到摩擦反应后生成的Si的氧化物转移膜影响。(2)通过离子束溅射的方法制备了不同模量比和不同厚度比的Si掺杂的DLC多层薄膜,对其机械性能表征结果显示,对于不同模量比的DLC多层薄膜,薄膜多层层状结构明显,总厚度在500nm左右。由于软层可以充当硬层的缓冲层释放内应力,故随着模量比和软层相对厚度的增加,多层薄膜的内应力呈现一种降低的趋势。由于较软层通过塑性变形更容易使裂纹钝化和偏转,故多层薄膜硬度随着模量比的增加而增大;硬度较高时,表面承载能力较大,抗磨性能也较好。当固定模量比,亚层厚度相同时,可以避免较厚单层的存在,限制了裂纹的生长区间,故此时硬度最高,抗磨性能也最好。(3)我们通过在PAO中首次添加不同的纳米颗粒(Ni和WS2),与自制的Si掺杂DLC单层薄膜和多层薄膜组成固液复合润滑系统来探究不同的纳米颗粒添加剂对固液润滑系统摩擦学性能的影响,结果显示,对于单层薄膜由于其硬度较低,带来的减摩和抗磨性并不明显,而对于多层薄膜,添加纳米Ni后,减摩性不太明显,但由于纳米Ni粒径小,可以填补磨损处的凹坑,避免了基底的进一步磨损,具有一定的抗磨性;添加纳米WS2后,经摩擦反应后,在摩擦接触面生成了本身就具有优异摩擦学性能的WO3,抗磨减摩性能都很明显。
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.2

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 类金刚石薄膜介绍

1.1.1 类金刚石薄膜研究发展趋势

1.1.2 DLC薄膜的常见制备方法

1.2 多层类金刚石薄膜的研究

1.2.1 纳米多层薄膜的简介

1.2.2 纳米多层膜的增韧效应

1.2.3 纳米多层薄膜的超硬现象

1.3 掺杂类金刚石薄膜的研究

1.4 DLC固液复合润滑研究

1.5 论文的选题、研究思路和研究内容

1.5.1 本课题的研究思想

1.5.2 本课题的研究内容

参考文献

第二章 Si掺杂DLC单层薄膜的制备及其机械性能的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 掺Si类金刚石薄膜的制备

2.2.2 Si掺杂的DLC单层薄膜结构性能表征

2.3 结果和讨论

2.3.1 XPS元素含量分析

2.3.2 薄膜拉曼光谱分析

2.3.3 薄膜硬度和内应力测试

2.3.4 薄膜的摩擦学性能研究

2.4 本章小结

参考文献

第三章 Si掺杂DLC多层薄膜的制备及其机械性能的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 Si掺杂DLC多层薄膜制备

3.2.2 多层膜性能表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 薄膜微观结构表征

3.3.2 多层膜内应力测定

3.3.3 多层薄膜硬度的测定

3.3.4 多层薄膜的摩擦学性能测试

3.4 本章小结

参考文献

第四章 PAO中添加Ni和WS_2纳米润滑剂对Si掺杂的DLC单层和多层薄膜摩擦学性能的影响

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验准备材料

4.2.2 DLC与Ni和WS_2纳米颗粒组成的固液复合润滑系统的摩擦学性能表征

4.3 结果与讨论

4.3.1 Si掺杂DLC单层薄膜与PAO、PAO+Ni和PAO+WS_2组成固液润滑系统的摩擦学性能研究

4.3.2 Si掺杂DLC多层薄膜与PAO、PAO+Ni和PAO+WS_2组成固液润滑系统的摩擦学性能研究

4.3.3 磨痕XPS及机理分析

4.4 本章小结

参考文献

第五章结论与展望

5.1 主要结论

5.2 进一步研究设想

硕士期间完成的论文

致谢

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