类金刚石薄膜的PECVD制备及其在水基润滑剂下的摩擦学性能研究
发布时间：2023-06-01 02:31
磨损与腐蚀作为金属材料两种常见的失效方式,不仅缩短金属零部件的使用寿命,同时也造成资源与能源的浪费,带来不可估量的国民经济损失。因此提升金属材料的耐磨防腐性能具有重要意义。本文采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术在不锈钢基材上制备了高硬度,优异化学惰性的类金刚石薄膜(DLC),同时研究了DLC薄膜在含氧化石墨烯(GO)的水基润滑剂中的减摩抗磨及防腐性能,分析了DLC薄膜和GO对金属基材的磨损与腐蚀交互作用,阐明了由DLC薄膜与含GO的水基润滑剂构成的固-液协同体系的润滑机理。通过实验及分析表征,获得如下结论:(1)气体组分、过渡层制备方法及脉冲偏压对DLC薄膜的组织结构及性能影响显著。采用中频磁控溅射法制备过渡层,并在氢气与乙炔气体体积比为1:4时所制备的DLC薄膜表面更加光滑,结构更加致密。在不同脉冲偏压条件下制备的DLC薄膜中,1.6 kV脉冲偏压制备的DLC薄膜具有最低的表面粗糙度(Ra 12.5 nm)和最高的硬度(16.56GPa)。2.0 kV脉冲偏压制备的DLC薄膜具有最强的膜基结合力(54 N)。不同脉冲偏压制备DLC薄膜的摩擦系数与磨损率都随其脉冲偏压的增大...
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 类金刚石薄膜材料
1.2.1 类金刚石薄膜材料的概述
1.2.2 类金刚石薄膜材料的应用
1.3 类金刚石薄膜的制备方法
1.3.1 物理气相沉积法
1.3.2 化学气相沉积法
1.4 氧化石墨烯材料
1.4.1 氧化石墨烯材料简介
1.4.2 氧化石墨烯材料的制备方法
1.5 两种碳基材料在水环境中防腐耐磨性能研究
1.5.1 DLC薄膜在水环境中耐磨耐腐性能研究
1.5.2 GO作为水基润滑添加剂的应用研究
1.6 课题来源
1.7 选题的目的及主要的研究内容
1.7.1 选题的目的
1.7.2 研究内容
第二章 制备薄膜材料的设备及方法
2.1 实验材料及设备
2.2 薄膜制备工艺
2.3 材料的表征方法
2.3.1 材料的形貌分析
2.3.2 拉曼与红外光谱分析
2.3.3 X射线光电子能谱分析
2.3.4 透射电子显微镜
2.3.5 薄膜的硬度及结合强度表征
2.4 DLC薄膜制备方法的优化
2.4.1 不同气体组分制备DLC薄膜
2.4.2 中频磁控溅射法制备过渡层
2.5 本章小结
第三章 脉冲偏压对DLC薄膜结构及性能的影响
3.1 引言
3.2 薄膜的制备与表征
3.2.1 DLC薄膜制备
3.2.2 DLC薄膜的表征与测试
3.3 不同脉冲偏压制备薄膜的结构及性能分析
3.3.1 薄膜拉曼光谱分析
3.3.2 薄膜表面粗糙度及其断面成分结构分析
3.3.3 膜基结合力和硬度
3.3.4 脉冲偏压对薄膜摩擦磨损性能影响
3.3.5 载荷对薄膜的摩擦磨损性能影响
3.4 本章小结
第四章 GO和OLC作为水基润滑添加剂的摩擦学性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 GO与OLC的制备
4.2.2 材料的表征
4.2.3 不锈钢基材的喷砂处理
4.2.4 摩擦磨损实验
4.3 实验结果与分析
4.3.1 GO与OLC的表征分析
4.3.2 不锈钢基材表面粗糙度、硬度与形貌分析
4.3.3 两种水基润滑剂的摩擦磨损行为
4.3.4 磨痕形貌分析及磨损机制
4.3.5 磨痕的Raman与XPS检测分析
4.3.6 两种润滑剂的润滑机理
4.4 本章小结
第五章 DLC薄膜在含GO的水基润滑剂下的摩擦腐蚀性能研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 GO与DLC薄膜的制备
5.2.2 材料的表征
5.2.3 摩擦腐蚀实验
5.3 实验结果与分析
5.3.1 GO与DLC的形貌结构表征
5.3.2 DLC薄膜的FTIR与XPS分析
5.3.3 氯化钠溶液中的摩擦腐蚀实验
5.3.4 在含GO的水基润滑剂中的摩擦腐蚀实验
5.3.5 磨痕形貌及磨损机制分析
5.3.6 磨痕的拉曼检测分析
5.3.7 固-液协同润滑系统的耐磨耐腐机理
5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3826476
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 类金刚石薄膜材料
1.2.1 类金刚石薄膜材料的概述
1.2.2 类金刚石薄膜材料的应用
1.3 类金刚石薄膜的制备方法
1.3.1 物理气相沉积法
1.3.2 化学气相沉积法
1.4 氧化石墨烯材料
1.4.1 氧化石墨烯材料简介
1.4.2 氧化石墨烯材料的制备方法
1.5 两种碳基材料在水环境中防腐耐磨性能研究
1.5.1 DLC薄膜在水环境中耐磨耐腐性能研究
1.5.2 GO作为水基润滑添加剂的应用研究
1.6 课题来源
1.7 选题的目的及主要的研究内容
1.7.1 选题的目的
1.7.2 研究内容
第二章 制备薄膜材料的设备及方法
2.1 实验材料及设备
2.2 薄膜制备工艺
2.3 材料的表征方法
2.3.1 材料的形貌分析
2.3.2 拉曼与红外光谱分析
2.3.3 X射线光电子能谱分析
2.3.4 透射电子显微镜
2.3.5 薄膜的硬度及结合强度表征
2.4 DLC薄膜制备方法的优化
2.4.1 不同气体组分制备DLC薄膜
2.4.2 中频磁控溅射法制备过渡层
2.5 本章小结
第三章 脉冲偏压对DLC薄膜结构及性能的影响
3.1 引言
3.2 薄膜的制备与表征
3.2.1 DLC薄膜制备
3.2.2 DLC薄膜的表征与测试
3.3 不同脉冲偏压制备薄膜的结构及性能分析
3.3.1 薄膜拉曼光谱分析
3.3.2 薄膜表面粗糙度及其断面成分结构分析
3.3.3 膜基结合力和硬度
3.3.4 脉冲偏压对薄膜摩擦磨损性能影响
3.3.5 载荷对薄膜的摩擦磨损性能影响
3.4 本章小结
第四章 GO和OLC作为水基润滑添加剂的摩擦学性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 GO与OLC的制备
4.2.2 材料的表征
4.2.3 不锈钢基材的喷砂处理
4.2.4 摩擦磨损实验
4.3 实验结果与分析
4.3.1 GO与OLC的表征分析
4.3.2 不锈钢基材表面粗糙度、硬度与形貌分析
4.3.3 两种水基润滑剂的摩擦磨损行为
4.3.4 磨痕形貌分析及磨损机制
4.3.5 磨痕的Raman与XPS检测分析
4.3.6 两种润滑剂的润滑机理
4.4 本章小结
第五章 DLC薄膜在含GO的水基润滑剂下的摩擦腐蚀性能研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 GO与DLC薄膜的制备
5.2.2 材料的表征
5.2.3 摩擦腐蚀实验
5.3 实验结果与分析
5.3.1 GO与DLC的形貌结构表征
5.3.2 DLC薄膜的FTIR与XPS分析
5.3.3 氯化钠溶液中的摩擦腐蚀实验
5.3.4 在含GO的水基润滑剂中的摩擦腐蚀实验
5.3.5 磨痕形貌及磨损机制分析
5.3.6 磨痕的拉曼检测分析
5.3.7 固-液协同润滑系统的耐磨耐腐机理
5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
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