不同Ti含量类石墨碳膜干摩擦磨损性能研究 被引量：5

1

作者 丁兰 贺志勇 +3 位作者 鲍明东 徐雪波 吴明英 张颖 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期131-137,共7页

目的提高高速钢的干摩擦学性能,探究不同Ti含量掺杂对类石墨碳膜摩擦性能的影响。方法用非平衡磁控溅射离子镀技术制备了不同Ti含量的类石墨碳膜,用光学显微镜、扫描电子显微镜、Raman光谱、洛氏硬度计、纳米压痕仪等分析薄膜的微观结... 目的提高高速钢的干摩擦学性能,探究不同Ti含量掺杂对类石墨碳膜摩擦性能的影响。方法用非平衡磁控溅射离子镀技术制备了不同Ti含量的类石墨碳膜,用光学显微镜、扫描电子显微镜、Raman光谱、洛氏硬度计、纳米压痕仪等分析薄膜的微观结构和力学性能,用高速线性往复磨损试验机检测薄膜的干摩擦学性能,并用光学显微镜观察磨痕。结果制备的碳膜表面颗粒尺寸较小,断面致密,且逐渐趋向柱状结构。随着Ti靶溅射电流的增大,逐渐增加的Ti元素打断了sp^3键生长,薄膜中生成更稳定的sp^2键,且sp^2键含量先增大后减小,在0.8 A达到最大,溅射电流为1.1 A时,Ti元素含量最大,sp^2键和sp^3键都减少。碳膜与基体结合力随着Ti靶电流变大而先增大后减小,在0.8 A结合最佳,约为HF3级。硬度和弹性模量先减小后增加,0.8 A时达到最小。碳膜摩擦系数相比于原样都较低,在0.09~0.12之间。磨损率先增大后减小,维持在(5~15)×10^(-16) m^3/(N·m)左右。结论不同Ti含量的类石墨碳膜,能明显降低高速钢与钢球对磨的粘着磨损倾向,降低摩擦系数和磨损率。 展开更多

关键词 掺Ti 类石墨碳膜 微观结构 力学性能 摩擦系数 磨损率 磨损机理

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载荷、摩擦副及介质环境对多层Ti掺杂类石墨薄膜的摩擦学行为影响 被引量：2

2

作者 史相如 史耘嘉 +3 位作者 张欣 周泽华 王泽华 陈坚 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期191-200,共10页

针对非晶碳基薄膜高内应力和低膜基结合强度的问题,采用闭合场非平衡磁控溅射系统在316L不锈钢基体上制备多层结构掺杂类石墨薄膜(GLC),探究载荷、摩擦副和介质环境对薄膜摩擦学行为的影响。结果表明,制备得到的多层结构GLC薄膜结构致... 针对非晶碳基薄膜高内应力和低膜基结合强度的问题,采用闭合场非平衡磁控溅射系统在316L不锈钢基体上制备多层结构掺杂类石墨薄膜(GLC),探究载荷、摩擦副和介质环境对薄膜摩擦学行为的影响。结果表明,制备得到的多层结构GLC薄膜结构致密均匀,膜基之间没有明显缺陷,且力学性能良好。薄膜在干摩擦条件下的摩擦因数曲线呈明显的三阶段特征,分别对应于轻微的磨粒磨损、薄膜的剥离以及对磨球上碳质转移膜的形成。薄膜的平均摩擦因数随载荷的增加而显著提高,磨损率呈先减小后增大的趋势。相对于ZrO_(2)陶瓷球,Si_(3)N_(4)陶瓷球因其较高的黏着倾向和较大的赫兹接触半径导致其较高的摩擦因数和磨损率。GCr15金属球因其较低的硬度,导致碳质转移膜随金属磨削的剥离而脱落,造成相对较高的摩擦因数和磨损率。相对于室温空气环境下,GLC薄膜在NaCl溶液中由于受到水溶液的冲洗和腐蚀介质Cl^(-)的侵蚀,导致薄膜从基体的快速剥离,造成更高的摩擦因数和磨损率。研究成果可为提高非晶碳基薄膜在不同工作环境下的服役寿命和使用效率提供理论指导。 展开更多

关键词 类石墨薄膜 载荷 摩擦副 介质环境 磨损机理

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类石墨涂层的研究进展

3

作者 蒋晓涵 马迅 +5 位作者 刘平 王静静 张柯 马凤仓 杨文艺 李伟 《材料热处理学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期126-137,共12页

类石墨(GLC)涂层具有优异的摩擦学性能和较低的内应力,其摩擦系数小、磨损率低,可以作为减少运动部件摩擦磨损、延长使用寿命的保护涂层的候选材料之一,在机械工程、医疗和电子等领域具有广泛的应用潜力。类石墨涂层与类金刚石(DLC)涂... 类石墨(GLC)涂层具有优异的摩擦学性能和较低的内应力,其摩擦系数小、磨损率低,可以作为减少运动部件摩擦磨损、延长使用寿命的保护涂层的候选材料之一,在机械工程、医疗和电子等领域具有广泛的应用潜力。类石墨涂层与类金刚石(DLC)涂层同属于非晶碳涂层,差异在于sp^(2)和sp^(3)键的含量,其制备方法、结构和性能都有明显的不同。类石墨涂层以sp^(2)杂化为主,目前研究者们对其结构和性能及其掺杂和应用进行了大量的研究。本文综述了类石墨涂层的研究成果、分析了掺杂对类石墨涂层性能的影响、列举了不同类石墨涂层的应用范围,旨在为开发更合适的类石墨涂层提供参考,最后对类石墨涂层的研究方向及相关技术的研究发展进行了展望。 展开更多

关键词 类石墨涂层 结构性能 掺杂 制备方法 应用

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类石墨碳膜在无润滑、油润滑下的摩擦特性研究 被引量：1

4

作者 杨丽雯 张永宏 +1 位作者 房东明 毕良本 《现代技术陶瓷》 CAS 2014年第6期8-12,共5页

采用非平衡磁控溅射技术在渗碳淬火钢GCr15表面制备类石墨碳膜,分别在无润滑和四种润滑油下,用POD销一盘磨损仪研究了类石墨碳膜摩擦学特性。研究表明,试验选用的油膜复合润滑条件下26#润滑油摩擦特性较好,与无润滑相比摩擦系数降低最低... 采用非平衡磁控溅射技术在渗碳淬火钢GCr15表面制备类石墨碳膜,分别在无润滑和四种润滑油下,用POD销一盘磨损仪研究了类石墨碳膜摩擦学特性。研究表明,试验选用的油膜复合润滑条件下26#润滑油摩擦特性较好,与无润滑相比摩擦系数降低最低到0.098,使用寿命也得到改善。 展开更多

关键词 类石墨碳膜 油润滑 摩擦

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不同轴承钢基体沉积Ti-GLC薄膜的高温摩擦学性能 被引量：1

5

作者 聂傲男 李迎春 +3 位作者 范恒华 毕明龙 邱明 尹津龙 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期187-195,共9页

针对航空发动机主轴轴承服役工况恶劣和类石墨碳基薄膜在高温环境下的性能研究不足等问题,采用磁控溅射技术在不同轴承钢基体(M50钢、M50NiL钢和W9Cr4V2Mo钢)上沉积Ti-GLC薄膜,探究在不同温度下的摩擦学性能。采用SEM、Raman分析薄膜的... 针对航空发动机主轴轴承服役工况恶劣和类石墨碳基薄膜在高温环境下的性能研究不足等问题,采用磁控溅射技术在不同轴承钢基体(M50钢、M50NiL钢和W9Cr4V2Mo钢)上沉积Ti-GLC薄膜,探究在不同温度下的摩擦学性能。采用SEM、Raman分析薄膜的微观结构,采用纳米压痕仪、划痕仪等测试其力学性能,利用MFT-5000型多功能摩擦磨损试验机测试所镀薄膜在不同温度下(室温、200℃、250℃和300℃)的摩擦学性能。结果表明:在三种不同轴承钢基体沉积的Ti-GLC薄膜,其硬度和弹性模量变化不大,结合力从大到小依次为M50>M50NiL>W9Cr4V2Mo。随着温度的升高,三种钢基体沉积Ti-GLC薄膜的摩擦因数均逐渐增大,而磨损率则先减小后增大,且表现出不同的磨损形式。三种轴承钢基体沉积Ti-GLC薄膜的最佳工作温度区间为室温~200℃,M50钢基体所镀薄膜具有更好的力学性能和摩擦学性能,其结合力达到80 N以上,300℃时的平均摩擦因数为0.125,磨损率仅为3.05×10^(−17) m^(3)/(N·m)。研究成果为类石墨碳基薄膜在高温环境下的实际应用奠定了理论基础。 展开更多

关键词 磁控溅射 类石墨碳基薄膜 高温 摩擦学性能

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基于ABAQUS的类石墨碳基薄膜摩擦界面接触应力分析

6

作者 谷守旭 李迎春 +4 位作者 程蓓 邱明 邹春生 陈月 卢团良 《材料保护》 CAS CSCD 北大核心 2020年第7期78-84,共7页

目前对类石墨碳基薄膜在多因素影响下的性能变化研究不多。基于ABAQUS软件建立类石墨碳基薄膜的有限元模型,对其在边界润滑条件下的摩擦界面接触应力进行研究,并通过正交试验系统地研究了膜基体系内的Mises应力随薄膜厚度、材料属性和... 目前对类石墨碳基薄膜在多因素影响下的性能变化研究不多。基于ABAQUS软件建立类石墨碳基薄膜的有限元模型,对其在边界润滑条件下的摩擦界面接触应力进行研究,并通过正交试验系统地研究了膜基体系内的Mises应力随薄膜厚度、材料属性和摩擦系数变化的分布规律,最终确定了较优的薄膜设计参数,为膜基构件的结构优化设计提供一定的理论指导。数值模拟结果表明:工作层与钢球之间的摩擦系数对薄膜应力影响最大,工作层的泊松比及弹性模量、过渡层的厚度、工作层的厚度对其影响依次减小。适当地降低工作层的弹性模量、表面粗糙度和提高工作层的泊松比,能够降低薄膜在接触过程中的应力集中;过渡层的厚度宜选择在0.5μm左右,而工作层的厚度宜选择在1.5μm左右。 展开更多

关键词 类石墨碳基薄膜 有限元 正交试验 接触应力

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深冷处理对GLC多层薄膜界面结构及结合强度的影响 被引量：2

7

作者 龚小玲 聂朝胤 +1 位作者 金秋 周阳 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期10-16,共7页

为了研究深冷处理后GLC多层薄膜界面结构及结合强度的变化,采用非平衡直流磁控溅射技术,在W9高速钢上沉积了含GLC功能层、Cr/C梯度层及Cr底层的类石墨碳多层薄膜,厚度约为4μm。采用液氮(-197℃)对GLC/高速钢复合体系进行深冷处理,借助... 为了研究深冷处理后GLC多层薄膜界面结构及结合强度的变化,采用非平衡直流磁控溅射技术,在W9高速钢上沉积了含GLC功能层、Cr/C梯度层及Cr底层的类石墨碳多层薄膜,厚度约为4μm。采用液氮(-197℃)对GLC/高速钢复合体系进行深冷处理,借助XPS、SEM及TEM表征了GLC薄膜的表面、断面结构及界面微观组织;采用洛氏硬度仪定性考察了薄膜的膜基结合强度。结果表明:复合体系经深冷处理后除基体的硬度及承载能力得以提高外,多层膜各层及基体中裂纹的萌生及传播受到抑制,界面结合强度明显增强。其作用机理在于深冷处理后,Cr底层的柱状晶结构被"打破",纤维状结构消除,组织更加致密均匀;同时,Cr/C梯度层中Cr晶粒碎化平均尺寸由20 nm减小为5 nm,达到细晶强化效果。因此,膜基及层间界面结构得以改善,界面失配减小,基体及多层膜各层间的变形协调性能增强。 展开更多

关键词 类石墨碳薄膜 深冷处理 界面结构 晶粒碎化 结合强度

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非平衡磁控溅射沉积类石墨碳膜结构及其摩擦学性能 被引量：12

8

作者 王永军 李红轩 +4 位作者 吉利 刘晓红 吴艳霞 周惠娣 陈建敏 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期17-22,共6页

利用非平衡磁控溅射技术在单晶硅基底上沉积了类石墨非晶碳膜。利用X射线光电子光谱、Ram an光谱、高分辨透射电子显微镜及原子力显微镜对沉积薄膜的微观结构进行了详细表征;利用纳米压痕仪和球盘摩擦试验机分别对其力学性能和摩擦学性... 利用非平衡磁控溅射技术在单晶硅基底上沉积了类石墨非晶碳膜。利用X射线光电子光谱、Ram an光谱、高分辨透射电子显微镜及原子力显微镜对沉积薄膜的微观结构进行了详细表征;利用纳米压痕仪和球盘摩擦试验机分别对其力学性能和摩擦学性能进行了测试。结果表明,当前制备的非晶碳膜中sp2杂化碳占主导呈现出类石墨特征,但薄膜硬度可达14.2 GPa。大气环境中的摩擦性能测试表明,所制备的类石墨非晶薄膜具有优异的摩擦学性能：其承载能力高达2.8 GPa,同时具有较低摩擦因数（~0.05）和磨损率（~10-11cm3/Nm）。类石墨碳膜优异的摩擦学性能主要归因于其独特的结构、较低的内应力及良好的热稳定性。 展开更多

关键词 类石墨碳膜 磁控溅射 摩擦磨损

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磁控溅射类石墨碳膜的导电性和耐蚀性 被引量：1

9

作者 胡仁涛 陆境莲 +1 位作者 朱光明 汤皎宁 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期195-198,共4页

利用中频非平衡磁控溅射技术,在304不锈钢基底上沉积类石墨非晶碳膜,研究非晶碳膜的结构、形貌、导电性、耐蚀性及耐磨性。与纯304不锈钢双极板相比,镀类石墨碳膜后的不锈钢表面的导电性、耐蚀性及耐磨性均得到提高。在质子交换膜燃料电... 利用中频非平衡磁控溅射技术,在304不锈钢基底上沉积类石墨非晶碳膜,研究非晶碳膜的结构、形貌、导电性、耐蚀性及耐磨性。与纯304不锈钢双极板相比,镀类石墨碳膜后的不锈钢表面的导电性、耐蚀性及耐磨性均得到提高。在质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆压紧力(140 N/cm^2)下,镀类石墨碳膜后的不锈钢双极板接触电阻(9. 1 mΩ-cm^2)较低;在模拟PEMFC阴极工作环境中腐蚀电位和腐蚀电流密度分别为0. 27 V和8.72μA/cm^2,摩擦系数约0. 103,较低。 展开更多

关键词 类石墨碳膜 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 磁控溅射 接触电阻 耐蚀性

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掺铬类石墨薄膜摩擦学性能研究 被引量：1

10

作者 严少平 蒋百灵 +2 位作者 段冰 顾广颐 孙雅琴 《安徽理工大学学报（自然科学版）》 CAS 2007年第3期62-66,共5页

采用非平衡磁控溅射离子镀技术，以电流控制方式在高速钢和硅基底上制备了不同Cr含量的C／Cr类石墨薄膜，测量了类石墨膜的显微硬度、膜基结合强度、摩擦系数和比磨损率，分析了薄膜的相结构，观察了薄膜的表面和断面形貌。结果表明：... 采用非平衡磁控溅射离子镀技术，以电流控制方式在高速钢和硅基底上制备了不同Cr含量的C／Cr类石墨薄膜，测量了类石墨膜的显微硬度、膜基结合强度、摩擦系数和比磨损率，分析了薄膜的相结构，观察了薄膜的表面和断面形貌。结果表明：所制备的类石墨薄膜随Cr含量的增高，硬度逐渐降低，结合强度先增后降，摩擦系数和比磨损率则先降后升；类石墨膜是含有多种纳米晶的非晶结构；金属元素Cr含量影响了类石墨碳膜的表面形貌和组织结构。当Cr含量在0．5％～2．5％时，薄膜表面光滑而结构致密，摩擦系数小且比磨损率低，膜基结合强度高，具有良好减摩耐磨性能。 展开更多

关键词 类石墨膜 摩擦学性能 非平衡磁控溅射 显微硬度 组织结构

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15-5PH不锈钢表面类石墨碳基多层膜结构设计及摩擦学行为

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作者 李迎春 杨更生 +2 位作者 聂傲男 邱明 范恒华 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期142-155,共14页

针对马氏体沉淀硬化不锈钢15-5PH(0Cr15Ni5Cu4Nb)在海水环境中易腐蚀磨损的问题,采用直流磁控溅射的方法在15-5PH钢样片上制备调制周期分别为940、375和234nm的掺杂Cr的类石墨碳基多层膜(分别标记为Cr/GLC-S1、Cr/GLC-S2和Cr/GLC-S3),... 针对马氏体沉淀硬化不锈钢15-5PH(0Cr15Ni5Cu4Nb)在海水环境中易腐蚀磨损的问题,采用直流磁控溅射的方法在15-5PH钢样片上制备调制周期分别为940、375和234nm的掺杂Cr的类石墨碳基多层膜(分别标记为Cr/GLC-S1、Cr/GLC-S2和Cr/GLC-S3),采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)、MFT-5000多功能摩擦磨损试验机等仪器设备系统考察三种类石墨碳基多层薄膜的结构及摩擦学性能。研究结果表明:不同调制周期的类石墨多层膜表面均呈现“菜花状”形貌,随着调制周期的减小,“菜花状”颗粒逐渐减小,膜层变得致密;sp2键含量逐渐增大,石墨化程度加剧,机械性能更加优异。在干摩擦条件下,调制周期适中的Cr/GLC-S2薄膜具有良好的减摩耐磨性能,磨损形式以磨粒磨损为主,而调制周期较大的Cr/GLC-S1和调制周期较小的Cr/GLC-S3薄膜,在高载荷下均发生不同程度的脆性剥落,导致其摩擦学性能劣化。在人工海水环境中,Cr/GLC-S1和Cr/GLC-S2薄膜在中低载荷下的摩擦学性能较好,磨损形式仍以磨粒磨损为主,在高载荷下三种多层膜均发生不同程度的脆性剥落,特别是调制周期较小的Cr/GLC-S3薄膜已失效。针对不同的工况,设计合理的调制周期是提高GLC薄膜摩擦学性能的关键,结果可为类石墨碳基薄膜在海洋防护中的实际应用提供一定参考。 展开更多

关键词 磁控溅射 类石墨多层膜 调制周期 摩擦磨损 15-5PH不锈钢

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类石墨非晶碳膜的结构、制备、表征及改性 被引量：1

12

作者 胡仁涛 陆境莲 +1 位作者 朱光明 汤皎宁 《电池工业》 CAS 2018年第3期147-152,共6页

非晶碳是一种由sp2和sp3共同构成的无定型碳,按照杂化比例的多少可以分为类金刚石非晶碳和类石墨非晶碳。类石墨非晶碳膜是近年来发现的一种新型碳材料,其制备方法比较独特、与类金刚石碳膜有明显的区别,具有摩擦系数小、磨损率低、硬... 非晶碳是一种由sp2和sp3共同构成的无定型碳,按照杂化比例的多少可以分为类金刚石非晶碳和类石墨非晶碳。类石墨非晶碳膜是近年来发现的一种新型碳材料,其制备方法比较独特、与类金刚石碳膜有明显的区别,具有摩擦系数小、磨损率低、硬度适中、导电性好等优点,因而在机械和电子领域具有广阔的应用前景,然而目前关于类石墨非晶碳膜的报道较少。本文详细介绍了类石墨碳膜的结构和制备方法、并对其检测手段和改性研究进行了综述和介绍,为广大科研工作者提供了指导。 展开更多

关键词 类石墨非晶碳膜 结构 制备 表征 改性

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