評述了類金剛石基（DLC、a-C）、非晶氮化碳基（a-CNx）、過渡金屬氮化物基（TiN、CrN）及其改性納米復合薄膜的水潤滑摩擦學性能,分析了微觀結構、梯度結構、元素摻雜、對磨材料及摩擦參數(shù)對其水潤滑摩擦磨損性能的影響,并揭示了水潤滑中納米復合薄膜存在的摩擦磨損機制,指出了三種納米復合薄膜體系在水潤滑中均可表現(xiàn)出優(yōu)異的減摩抗磨特性,但與薄膜成分、層狀結構、力學性能及對磨材料物理化學性能密切相關。一般而言,相比于過渡金屬氮化物基薄膜,類金剛石基及非晶氮化碳基薄膜由于在水潤滑中形成轉移層和水合潤滑層而呈現(xiàn)出更低的摩擦系數(shù)和磨損率。當選用的對磨材料易于發(fā)生摩擦水合反應時,形成的水合層起到的保護作用使得納米復合薄膜均表現(xiàn)出了更低的磨損率。在保證薄膜未發(fā)生剝落而失效時,適當?shù)丶虞d載荷和滑移速度也是獲得最優(yōu)水潤滑摩擦學性能的關鍵因素。為薄膜應用在水潤滑器械作業(yè)提供了一定的參考,并展望了納米復合薄膜水潤滑摩擦學未來的研究方向。 

【文章來源】：表面技術. 2020,49(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

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a-C及Cr/a-C與不同對磨副的平均穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)

根據(jù)不同的碳源（石墨或碳氫氣體），DLC薄膜分為無氫DLC(a-C）和氫化DLC:H(a-C:H）兩類。Ronkainen等[5-6]利用射頻等離子體輔助化學氣相沉積（rf-PACVD）和真空弧放電沉積，在AISI 440B不銹鋼上制備了a-C:H(H原子數(shù)分數(shù)為30%）和a-C薄膜，發(fā)現(xiàn)在水潤滑條件下，a-C:H薄膜發(fā)生了嚴重的磨損失效，而a-C/α-Al2O3摩擦副的摩擦系數(shù)僅為0.03且薄膜幾乎無磨損（圖2），類似的結論同樣被文獻[7]報道。然而，并不是所有的DLC:H(a-C:H）薄膜在水潤滑中均會出現(xiàn)嚴重磨損失效。利用電解淀積和非平衡磁控濺射制備的DLC:H薄膜，不僅在水潤滑中保持完好[8-9]，而且通過降低電解溶液中乙腈的含量（10%～90%），反而提高了DLC:H薄膜的減摩抗磨能力[8]。Suzuki等[10]指出熱電子激發(fā)等離子體化學氣相沉積制備的DLC:H薄膜與AISI440C球在水中的摩擦系數(shù)（0.07）和磨損率（10-8～10-9 mm3/(N?m)）與薄膜中的含氫量無關（圖3）。此外，脈沖直流放電制備的DLC:H薄膜與316L在水潤滑中的摩擦系數(shù)比油潤滑的低了0.01[11]。而根據(jù)T.F.Zhang等[12]的研究結果表明，擁有飽和sp3-CH鍵的DLC:H薄膜在水潤滑環(huán)境下具有較低的摩擦系數(shù)，若DLC:H薄膜中有較多的不飽和sp2&sp1-CH鍵，會導致結構不穩(wěn)定，從而在水潤滑環(huán)境下表現(xiàn)出較高的磨損率。由此可見，DLC薄膜含氫與否對其水潤滑摩擦學性能確實存在影響，且DLC(a-C）在水潤滑中的摩擦系數(shù)和磨損率一般均低于DLC:H(a-C:H)[5,13-14]，但是仍然取決于不同的制備方法。圖3 DLC:H的磨損率（A:25at.%H,B:29at.%H,C:37at.%H,D:44at.%H)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]不同環(huán)境條件下鋁合金微弧氧化陶瓷膜的摩擦磨損性能[J]. 王遠,王美玲,周飛,丁紅燕,戴振東.  中國有色金屬學報. 2007(08)
[2]碳基薄膜水潤滑性能的研究進展[J]. 周飛,戴振東,加藤康司.  潤滑與密封. 2006(07)
[3]水潤滑軸承材料設計[J]. 王海寶,楊大壯,吳光潔.  潤滑與密封. 2002(03)
[4]關于我國摩擦學發(fā)展方向的探討[J]. 張嗣偉.  摩擦學學報. 2001(05)
[5]以水為潤滑介質的摩擦副關鍵問題研究[J]. 王家序,陳戰(zhàn),秦大同.  潤滑與密封. 2001(02)

博士論文
[1]碳/氮基薄膜結構、力學性能及水環(huán)境中摩擦與腐蝕特性研究[D]. 王謙之.南京航空航天大學 2013

碩士論文
[1]鋁合金表面微弧氧化陶瓷膜及改性層的摩擦學性能研究[D]. 王遠.南京航空航天大學 2007



本文編號：3537371