【摘要】：據(jù)不完全統(tǒng)計,目前世界上約30%-40%的能源消耗于各種形式的摩擦磨損,對摩擦體系來說,耐磨性是我們首先要考慮的問題,摩擦體系中材料的性能對摩擦磨損起著決定性作用,目前,各國都在加大投入,研究高硬度,高耐磨性,低摩擦系數(shù),能夠適用于旋轉(zhuǎn)和往復式摩擦條件的材料。AlMgB14材料的研究已經(jīng)有接近五十年的歷史,AlMgB14材料是由四個B12組成的二十面體和存在于二十面體之間的Al、Mg原子和八個B原子特殊結構構成。TiB2彌散分布于AlMgB14基體中,可極大提高材料的機械性能,人們發(fā)現(xiàn)Al-Mg-Ti-B等富硼材料的涂層同樣具有高硬度,低摩擦系數(shù),低密度和高的熱穩(wěn)定性,在摩擦體系中具有較高的研究價值和應用價值。偏壓對直流磁控濺射制備的Al-Mg-Ti-B涂層的成分、結構、性能等的影響尚缺乏系統(tǒng)的研究,同時涂層成分、硬度、化學態(tài)等對油潤滑條件下的摩擦磨損性能的影響也缺少深入的研究。本文首先通過機械混合,熱壓燒結的方法制備出了直流磁控濺射所需要的Al-Mg-Ti-B靶材。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDX)、X射線衍射(XRD)手段進行表征,表明制備的Al-Mg-Ti-B靶材結構致密均勻,結晶性好,雜質(zhì)含量少,在實際的鍍膜過程中可滿足作為直流磁控濺射靶材的要求。利用直流磁控濺射濺射制備Al-Mg-Ti-B涂層,以單晶Si為襯底,改變不同的偏壓,制備不同的Al-Mg-Ti-B涂層,對涂層結構、成分、粗糙度、硬度等性能進行表征。俄歇電子能譜(AES)圖譜表明,制備的Al-Mg-Ti-B涂層成分均勻,從涂層表面到涂層內(nèi)部,成分并沒有明顯變化;X射線衍射(XRD)結果顯示,偏壓并不能影響Al-Mg-Ti-B涂層結晶性,不同偏壓條件下磁控濺射制備的涂層均為非晶結構;利用X射線光電子能譜(XPS)對涂層的成分和化學態(tài)進行分析,增加偏壓有利于減少涂層中C,O雜質(zhì)含量,涂層中B-B鍵含量增多,從而提高了涂層的硬度,同時偏壓促進金屬Ti氧化;掃描電子顯微鏡(SEM)圖像顯示,偏壓提高了 Al-Mg-Ti-B涂層的致密度,柱狀結構逐漸消失;對涂層的表面粗糙度進行分析發(fā)現(xiàn),涂層的表面粗糙度隨偏壓的升高先增大后減小;偏壓的增加會增強涂層的斷裂韌性和機械性能,但隨偏壓的升高,涂層的殘余應力會增大,與襯底的結合能力減弱,容易剝落。本文還系統(tǒng)研究了油潤滑涂層的磨損機理和偏壓對直流磁控濺射制備Al-Mg-Ti-B涂層摩擦學行為的影響,以軸承鋼為襯底,改變不同的偏壓,直流磁控濺射制備不同的Al-Mg-Ti-B涂層。分別采用油潤滑(PAO+MoDTC)球盤式旋轉(zhuǎn)磨擦測試,在室溫油潤滑條件下,Al-Mg-Ti-B涂層的摩擦系數(shù)可達0.04的超低摩擦系數(shù),通過計算表明,潤滑狀態(tài)為邊界潤滑。對磨痕進行XPS成分和化學態(tài)分析,表明摩擦測試過程中,在涂層與對磨球接觸的對磨面上形成了MoS2的摩擦膜,MoS2薄膜類似于石墨的特殊層狀結構,極大地降低了涂層的摩擦系數(shù),隨著偏壓的增加,摩擦系數(shù)有所升高,并對對磨球的磨損加重。對磨痕進行形貌分析和成分分析表明,摩擦過程中對涂層的磨損率極低,沒有形成明顯的磨痕和出現(xiàn)剝落現(xiàn)象,在涂層與對磨球接觸表面,Fe元素的含量升高,是由于在摩擦測試過程中,Fe元素由對磨鋼球表面轉(zhuǎn)移到了涂層表面。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB306

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本文編號：2475402