纳米复合薄膜水润滑摩擦学性能的研究进展
发布时间：2021-12-15 23:55
评述了类金刚石基（DLC、a-C）、非晶氮化碳基（a-CNx）、过渡金属氮化物基（TiN、CrN）及其改性纳米复合薄膜的水润滑摩擦学性能,分析了微观结构、梯度结构、元素掺杂、对磨材料及摩擦参数对其水润滑摩擦磨损性能的影响,并揭示了水润滑中纳米复合薄膜存在的摩擦磨损机制,指出了三种纳米复合薄膜体系在水润滑中均可表现出优异的减摩抗磨特性,但与薄膜成分、层状结构、力学性能及对磨材料物理化学性能密切相关。一般而言,相比于过渡金属氮化物基薄膜,类金刚石基及非晶氮化碳基薄膜由于在水润滑中形成转移层和水合润滑层而呈现出更低的摩擦系数和磨损率。当选用的对磨材料易于发生摩擦水合反应时,形成的水合层起到的保护作用使得纳米复合薄膜均表现出了更低的磨损率。在保证薄膜未发生剥落而失效时,适当地加载载荷和滑移速度也是获得最优水润滑摩擦学性能的关键因素。为薄膜应用在水润滑器械作业提供了一定的参考,并展望了纳米复合薄膜水润滑摩擦学未来的研究方向。
【文章来源】：表面技术. 2020,49(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
近二十年SCI文章数随年份、国家的变化
a-C及Cr/a-C与不同对磨副的平均稳态摩擦系数
根据不同的碳源（石墨或碳氢气体），DLC薄膜分为无氢DLC(a-C）和氢化DLC:H(a-C:H）两类。Ronkainen等[5-6]利用射频等离子体辅助化学气相沉积（rf-PACVD）和真空弧放电沉积，在AISI 440B不锈钢上制备了a-C:H(H原子数分数为30%）和a-C薄膜，发现在水润滑条件下，a-C:H薄膜发生了严重的磨损失效，而a-C/α-Al2O3摩擦副的摩擦系数仅为0.03且薄膜几乎无磨损（图2），类似的结论同样被文献[7]报道。然而，并不是所有的DLC:H(a-C:H）薄膜在水润滑中均会出现严重磨损失效。利用电解淀积和非平衡磁控溅射制备的DLC:H薄膜，不仅在水润滑中保持完好[8-9]，而且通过降低电解溶液中乙腈的含量（10%～90%），反而提高了DLC:H薄膜的减摩抗磨能力[8]。Suzuki等[10]指出热电子激发等离子体化学气相沉积制备的DLC:H薄膜与AISI440C球在水中的摩擦系数（0.07）和磨损率（10-8～10-9 mm3/(N?m)）与薄膜中的含氢量无关（图3）。此外，脉冲直流放电制备的DLC:H薄膜与316L在水润滑中的摩擦系数比油润滑的低了0.01[11]。而根据T.F.Zhang等[12]的研究结果表明，拥有饱和sp3-CH键的DLC:H薄膜在水润滑环境下具有较低的摩擦系数，若DLC:H薄膜中有较多的不饱和sp2&sp1-CH键，会导致结构不稳定，从而在水润滑环境下表现出较高的磨损率。由此可见，DLC薄膜含氢与否对其水润滑摩擦学性能确实存在影响，且DLC(a-C）在水润滑中的摩擦系数和磨损率一般均低于DLC:H(a-C:H)[5,13-14]，但是仍然取决于不同的制备方法。图3 DLC:H的磨损率（A:25at.%H,B:29at.%H,C:37at.%H,D:44at.%H)
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同环境条件下铝合金微弧氧化陶瓷膜的摩擦磨损性能[J]. 王远,王美玲,周飞,丁红燕,戴振东. 中国有色金属学报. 2007(08)
[2]碳基薄膜水润滑性能的研究进展[J]. 周飞,戴振东,加藤康司. 润滑与密封. 2006(07)
[3]水润滑轴承材料设计[J]. 王海宝,杨大壮,吴光洁. 润滑与密封. 2002(03)
[4]关于我国摩擦学发展方向的探讨[J]. 张嗣伟. 摩擦学学报. 2001(05)
[5]以水为润滑介质的摩擦副关键问题研究[J]. 王家序,陈战,秦大同. 润滑与密封. 2001(02)
博士论文
[1]碳/氮基薄膜结构、力学性能及水环境中摩擦与腐蚀特性研究[D]. 王谦之.南京航空航天大学 2013
硕士论文
[1]铝合金表面微弧氧化陶瓷膜及改性层的摩擦学性能研究[D]. 王远.南京航空航天大学 2007
本文编号：3537371
【文章来源】：表面技术. 2020,49(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
近二十年SCI文章数随年份、国家的变化
a-C及Cr/a-C与不同对磨副的平均稳态摩擦系数
根据不同的碳源（石墨或碳氢气体），DLC薄膜分为无氢DLC(a-C）和氢化DLC:H(a-C:H）两类。Ronkainen等[5-6]利用射频等离子体辅助化学气相沉积（rf-PACVD）和真空弧放电沉积，在AISI 440B不锈钢上制备了a-C:H(H原子数分数为30%）和a-C薄膜，发现在水润滑条件下，a-C:H薄膜发生了严重的磨损失效，而a-C/α-Al2O3摩擦副的摩擦系数仅为0.03且薄膜几乎无磨损（图2），类似的结论同样被文献[7]报道。然而，并不是所有的DLC:H(a-C:H）薄膜在水润滑中均会出现严重磨损失效。利用电解淀积和非平衡磁控溅射制备的DLC:H薄膜，不仅在水润滑中保持完好[8-9]，而且通过降低电解溶液中乙腈的含量（10%～90%），反而提高了DLC:H薄膜的减摩抗磨能力[8]。Suzuki等[10]指出热电子激发等离子体化学气相沉积制备的DLC:H薄膜与AISI440C球在水中的摩擦系数（0.07）和磨损率（10-8～10-9 mm3/(N?m)）与薄膜中的含氢量无关（图3）。此外，脉冲直流放电制备的DLC:H薄膜与316L在水润滑中的摩擦系数比油润滑的低了0.01[11]。而根据T.F.Zhang等[12]的研究结果表明，拥有饱和sp3-CH键的DLC:H薄膜在水润滑环境下具有较低的摩擦系数，若DLC:H薄膜中有较多的不饱和sp2&sp1-CH键，会导致结构不稳定，从而在水润滑环境下表现出较高的磨损率。由此可见，DLC薄膜含氢与否对其水润滑摩擦学性能确实存在影响，且DLC(a-C）在水润滑中的摩擦系数和磨损率一般均低于DLC:H(a-C:H)[5,13-14]，但是仍然取决于不同的制备方法。图3 DLC:H的磨损率（A:25at.%H,B:29at.%H,C:37at.%H,D:44at.%H)
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同环境条件下铝合金微弧氧化陶瓷膜的摩擦磨损性能[J]. 王远,王美玲,周飞,丁红燕,戴振东. 中国有色金属学报. 2007(08)
[2]碳基薄膜水润滑性能的研究进展[J]. 周飞,戴振东,加藤康司. 润滑与密封. 2006(07)
[3]水润滑轴承材料设计[J]. 王海宝,杨大壮,吴光洁. 润滑与密封. 2002(03)
[4]关于我国摩擦学发展方向的探讨[J]. 张嗣伟. 摩擦学学报. 2001(05)
[5]以水为润滑介质的摩擦副关键问题研究[J]. 王家序,陈战,秦大同. 润滑与密封. 2001(02)
博士论文
[1]碳/氮基薄膜结构、力学性能及水环境中摩擦与腐蚀特性研究[D]. 王谦之.南京航空航天大学 2013
硕士论文
[1]铝合金表面微弧氧化陶瓷膜及改性层的摩擦学性能研究[D]. 王远.南京航空航天大学 2007
本文编号：3537371
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/3537371.html
