金刚石薄膜在不同工况条件下的摩擦特性实验探究
发布时间：2021-08-28 20:28
化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition,CVD）金刚石薄膜具有良好的力学和化学性能,常被涂覆在机械密封环端面,以提升其密封性能。深入了解金刚石薄膜在不同工况下的摩擦学性能可以为金刚石涂层在机械密封环端面的成功应用提供重要的理论依据。本文基于摩擦学实验,结合电子显微镜（SEM）、拉曼光谱仪、能谱仪和台阶仪等实验手段,研究了金刚石薄膜在不同工况环境（试验参数、含磨粒介质、酸碱介质和表面织构形貌）条件下对氮化硅、碳化钨材料的摩擦磨损性能,研究结果如下:1、摩擦试验参数对金刚石薄膜的摩擦学性能有显著的影响。当法向载荷从8 N增加到20 N时,摩擦副会更快达到较低的摩擦系数稳态值。这是由于载荷的增大会加剧金刚石薄膜表面局部的石墨化,从而优化摩擦界面润滑性能。此外,当摩擦转速达到200-400 rpm时,摩擦对的摩擦系数与对磨球的磨损率均达到最低值,分别为0.0758和4.48×10-4 mm3N-1m-1。这是由于当转速交变频率增加时,摩擦的快慢转变会导致摩擦热的散失,在一定程度缓解石墨化进程从而削弱摩擦润滑性,进而降低摩擦对的摩擦学性能。2、摩擦液的酸碱性、磨粒含量及...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?ＣＶＤ金刚石生长机理图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｇｒｏｗｔｈ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＣＶＤ?ｄｉａｍｏｎｄ??
号，通过相关软件对其数据信号的处理，最终计算得出对应的摩??擦系数。通过对不同摩擦实验参数获得的摩擦系数对比，为后续薄膜摩擦性能研究提??供依据。??２．４?ＣＶＤ金刚石摩擦界面表征分析??２．４．１表面形貌表征??扫描电子显微镜（ＳＥＭ）是一种用途较为广泛的成像设备．已被广泛用于通过提??高放大倍率，对比度和分辨率来确定表面特性的常本文主要通过电子显微镜对摩擦??前后金刚石薄膜表面的微观形貌表征，从而可以为摩擦体系的磨损特性进行分析，并??为金刚石薄膜的摩擦磨损机理提供论证。如图２．２所示，这是ＮＣＤ与ＭＣＤ薄膜表面??典型的形貌特征。其中，ＮＣＤ表面呈现出明显的花椰菜晶体状态且晶粒取向无法辨别，??而ＭＣＤ具有尖锐晶粒棱角和轮廓明晰的形貌特征。??图２．２沉积后的ＮＣＤ?（ａ）与ＭＣＩ）?（ｂ）薄膜的表面形貌??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＮＣＤ?ｆｉｌｍｓ?（ａ）?ａｎｄ?ｔｈｅ?ＭＣＤ?ｆｉｌｍｓ?（ｂ）??２．４．２?ＥＤＳ能谱分析??能谱仪（Ｅｎｅｒｇｙ?Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ?Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ?）是利用扫描电镜中电子束的电子轰击样??品，从而诱导样品原子的内层电子能量发生改变而跃迁，同时释放出特征Ｘ射线。因??为某一特征Ｘ射线的能量只代表该特定元素的特征，与元素的物理化学状态几乎完全??无关，因此可以根据不同能量的特征Ｘ射线即找出相对应的元素。本文所使用的能谱??仪，可以分析样品检测区域所含有的对应元素及元素质量比。由于配备了计算机，因??
用于微电子、半导体、太阳能、??薄膜、材料等领域实现纳米级别表面二维形貌测量。其垂直分辨率最大１?Ａ；垂直范??围０－１?ｍｍ，单次扫描长度范围小于５５?ｍｍ，而本次测试选择扫描长度为８?ｎｕｎ。通过??采用指针对样品表面进行划线扫描，记录下指针在垂直方面的坐标位置的变化，这样??再经过信号传输到电脑形成所测样品的表面轮廓形貌。从而利用其表面形貌所获得的??摩擦轮廓的尺寸参数，进行薄膜的磨损率计算，从而判断其摩擦磨损性能。??ＫＬ＾＾Ｖｅｎｃｏｒ?Ｄ－Ｊ２０??■?ａｅ??图２．３台阶仪??Ｆｉｇ．?２．３?Ｓｔｅｐ?ｐｒｏｆｉｌｅｒ??２．５对磨球的形貌表征??２．５．１?ＳＥＭ形貌分析??本文除了对金刚石薄膜的摩擦前后的表面形貌进行分析观察，同时在激光织构对??金刚石薄膜的摩擦学性能影响中也采用的电子显微镜对对磨球磨损面的形貌进行表征。??通过了解掌握对磨球的磨损面形貌，可以分析其与金刚石薄膜在摩擦过程中是否有转??移膜的生成，同时也可以通过磨损碎屑的形貌大小并结合着其光学显微镜下的磨损状??态综合判断摩擦属性。??
本文编号：3369192
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?ＣＶＤ金刚石生长机理图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｇｒｏｗｔｈ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＣＶＤ?ｄｉａｍｏｎｄ??
号，通过相关软件对其数据信号的处理，最终计算得出对应的摩??擦系数。通过对不同摩擦实验参数获得的摩擦系数对比，为后续薄膜摩擦性能研究提??供依据。??２．４?ＣＶＤ金刚石摩擦界面表征分析??２．４．１表面形貌表征??扫描电子显微镜（ＳＥＭ）是一种用途较为广泛的成像设备．已被广泛用于通过提??高放大倍率，对比度和分辨率来确定表面特性的常本文主要通过电子显微镜对摩擦??前后金刚石薄膜表面的微观形貌表征，从而可以为摩擦体系的磨损特性进行分析，并??为金刚石薄膜的摩擦磨损机理提供论证。如图２．２所示，这是ＮＣＤ与ＭＣＤ薄膜表面??典型的形貌特征。其中，ＮＣＤ表面呈现出明显的花椰菜晶体状态且晶粒取向无法辨别，??而ＭＣＤ具有尖锐晶粒棱角和轮廓明晰的形貌特征。??图２．２沉积后的ＮＣＤ?（ａ）与ＭＣＩ）?（ｂ）薄膜的表面形貌??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＮＣＤ?ｆｉｌｍｓ?（ａ）?ａｎｄ?ｔｈｅ?ＭＣＤ?ｆｉｌｍｓ?（ｂ）??２．４．２?ＥＤＳ能谱分析??能谱仪（Ｅｎｅｒｇｙ?Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ?Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ?）是利用扫描电镜中电子束的电子轰击样??品，从而诱导样品原子的内层电子能量发生改变而跃迁，同时释放出特征Ｘ射线。因??为某一特征Ｘ射线的能量只代表该特定元素的特征，与元素的物理化学状态几乎完全??无关，因此可以根据不同能量的特征Ｘ射线即找出相对应的元素。本文所使用的能谱??仪，可以分析样品检测区域所含有的对应元素及元素质量比。由于配备了计算机，因??
用于微电子、半导体、太阳能、??薄膜、材料等领域实现纳米级别表面二维形貌测量。其垂直分辨率最大１?Ａ；垂直范??围０－１?ｍｍ，单次扫描长度范围小于５５?ｍｍ，而本次测试选择扫描长度为８?ｎｕｎ。通过??采用指针对样品表面进行划线扫描，记录下指针在垂直方面的坐标位置的变化，这样??再经过信号传输到电脑形成所测样品的表面轮廓形貌。从而利用其表面形貌所获得的??摩擦轮廓的尺寸参数，进行薄膜的磨损率计算，从而判断其摩擦磨损性能。??ＫＬ＾＾Ｖｅｎｃｏｒ?Ｄ－Ｊ２０??■?ａｅ??图２．３台阶仪??Ｆｉｇ．?２．３?Ｓｔｅｐ?ｐｒｏｆｉｌｅｒ??２．５对磨球的形貌表征??２．５．１?ＳＥＭ形貌分析??本文除了对金刚石薄膜的摩擦前后的表面形貌进行分析观察，同时在激光织构对??金刚石薄膜的摩擦学性能影响中也采用的电子显微镜对对磨球磨损面的形貌进行表征。??通过了解掌握对磨球的磨损面形貌，可以分析其与金刚石薄膜在摩擦过程中是否有转??移膜的生成，同时也可以通过磨损碎屑的形貌大小并结合着其光学显微镜下的磨损状??态综合判断摩擦属性。??
本文编号：3369192
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3369192.html
