改性DLC薄膜水環(huán)境、潤滑油環(huán)境摩擦性能技術(shù)研究.pdf

1、類金剛石碳膜(DLC)薄膜是一種性能優(yōu)異的固體潤滑薄膜，但是其摩擦性能具有強(qiáng)烈的環(huán)境敏感性，尤其在高溫、高真空、強(qiáng)腐蝕等惡劣工況易發(fā)生開裂、剝落、摩擦系數(shù)增大等問題，導(dǎo)致薄膜潤滑失效。針對不同環(huán)境條件，制備具有環(huán)境適用性的DLC薄膜是增強(qiáng)其實用性的有效手段。本論文通過應(yīng)用非平衡磁控濺射鍍膜法，針對 DLC薄膜在水環(huán)境和潤滑油環(huán)境的摩擦磨損性能，在304L不銹鋼以及Si片基底材料上制備了改性的氫化DLC薄膜以及WC/DLC薄膜。利用SEM

2、、Raman光譜儀、XRD衍射儀、TEM、納米壓痕儀、電化學(xué)工作站、多功能摩擦磨損試驗機(jī)及Alpha-Step IQ表面輪廓儀(臺階儀)等分析測試設(shè)備，對薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、潤濕性能、耐蝕性及摩擦學(xué)性能等進(jìn)行測試，深入研究對比了氫化DLC薄膜與304L不銹鋼基底在海水環(huán)境的潤濕性和耐蝕性，在大氣環(huán)境、去離子水環(huán)境、海水環(huán)境的摩擦磨損性能以及海水環(huán)境的磨蝕性能。對比分析了WC/DLC薄膜在PAO-40潤滑油環(huán)境、發(fā)動機(jī)潤滑油環(huán)境、具

3、有腐蝕性的發(fā)動機(jī)潤滑油環(huán)境與304L不銹鋼基底的摩擦磨損性能，在23℃、100℃、200℃條件下，PAO-40潤滑油環(huán)境與無摻雜DLC薄膜的摩擦磨損性能?，F(xiàn)得到階段性結(jié)論如下：
　　1.較之于304L不銹鋼，在該基底上沉積氫化DLC薄膜后，由于氫化DLC薄膜內(nèi)部sp3鍵含量高，因此薄膜呈現(xiàn)出較高的硬度和彈性模量。此外，基于氫化DLC薄膜致密的表截面結(jié)構(gòu)，使304L不銹鋼在海水環(huán)境耐蝕性能得到改善。因為水環(huán)境所形成潤滑水膜能夠有效減

4、小薄膜與對磨副之間剪切應(yīng)力，所以薄膜在去離子水環(huán)境、海水環(huán)境摩擦系數(shù)與磨損率明顯降低。同時，由于薄膜在海水環(huán)境具有良好的減摩耐磨性能，以及Ca2+和Mg2+所起到的潤滑性能，氫化DLC薄膜在海水環(huán)境表現(xiàn)出最低的摩擦系數(shù)與磨損率。
　　2.氫化DLC薄膜在具有腐蝕性的海水環(huán)境摩擦過程中，由于氫化DLC薄膜腐蝕性能與摩擦性能之間交互作用較小，薄膜表面鈍化膜生成過程與機(jī)械去鈍化過程相互平衡，氫化 DLC薄膜在摩擦過程中腐蝕性能基本保持穩(wěn)

5、定。而且在不同腐蝕電位摩擦試驗過程中，摩擦系數(shù)和磨損率波動較小。薄膜在摩擦過程中體積損失主要以機(jī)械磨損為主，腐蝕磨損在摩擦過程中起到作用較小，薄膜在去離子水環(huán)境、海水環(huán)境均表現(xiàn)出優(yōu)異的耐蝕耐磨性能。
　　3.較之于304L不銹鋼基底，在該基底材料沉積WC/DLC薄膜后，基材機(jī)械強(qiáng)度提高，同時由于WC/DLC薄膜內(nèi)部非晶碳基質(zhì)的減摩抗磨作用，WC/DLC薄膜在PAO-40潤滑油環(huán)境、發(fā)動機(jī)潤滑油環(huán)境、具有腐蝕性的發(fā)動機(jī)潤滑油環(huán)境均表

6、現(xiàn)出明顯比基底材料低的摩擦系數(shù)與磨損率，因此在304L不銹鋼基底上沉積的WC/DLC薄膜具有良好的減摩抗磨性能。
　　4.較之于無摻雜DLC薄膜，WC摻雜DLC薄膜之后，DLC薄膜內(nèi)部高壓內(nèi)應(yīng)力降低，膜基結(jié)合力明顯提高。此外，由于WC摻雜，DLC薄膜表面活性增大，當(dāng)WC/DLC薄膜處于邊界潤滑狀態(tài)時，高表面活性能夠促進(jìn)油膜在摩擦界面鋪展，薄膜與潤滑油膜之間相互作用增強(qiáng)，形成更有效的保護(hù)膜，能夠使 WC/DLC薄膜磨損率進(jìn)一步降低，