24441.氧化鉻薄膜的制備及其寬溫域摩擦學(xué)性能研究

1、LUXiaoweiADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofPhysicalChemistryLanzhouInstituteofChemicalPhysicsChineseAcademyofSciencesMay2014摘要11／針對(duì)服役于極端

2、高溫等苛刻工況下的高新技術(shù)裝備對(duì)寬溫域固體自潤(rùn)滑材料的需求，通過(guò)電弧離子鍍技術(shù)制備了氧化鉻薄膜，研究了制備工藝對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，考查了后續(xù)熱處理溫度及不同沉積溫度對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，在此基礎(chǔ)上總結(jié)了氧化鉻薄膜的減摩耐磨機(jī)理。主要研究結(jié)果如下：1氧氣流量能夠顯著影響Cr203薄膜的結(jié)構(gòu)和性能。02流量的升高使薄膜沉積速率升高，表面粗糙化，結(jié)構(gòu)由致密結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢罹ЫY(jié)構(gòu)，硬度下降，薄膜耐磨性能下降。在低02流量下，薄膜的硬度達(dá)到極

3、大值，同時(shí)在室溫到800oC擁有良好的減摩耐磨性能，尤其是在800oC有著極低的摩擦系數(shù)和磨損率。2基于薄膜在高溫下良好的摩擦學(xué)性能，通過(guò)對(duì)薄膜進(jìn)行后續(xù)熱處理以期進(jìn)一步改善薄膜在中低溫度段的摩擦磨損性能。退火溫度對(duì)薄膜的形貌和結(jié)構(gòu)有明顯的影響，當(dāng)退火溫度從500oC升高到800oC時(shí)，氧化鉻薄膜重結(jié)晶趨于完善，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢罹ЫY(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)700oC退火后，薄膜顯示了良好的寬溫域自潤(rùn)滑性能。3為了進(jìn)一步拓寬氧化鉻薄膜的潤(rùn)滑溫度范圍，通

4、過(guò)優(yōu)化沉積溫度，來(lái)提高薄膜與基體的結(jié)合強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)室溫到1000。C范圍內(nèi)的連續(xù)潤(rùn)滑。隨沉積溫度升高，薄膜與基體的結(jié)合強(qiáng)度增大；但沉積溫度過(guò)高，熱應(yīng)力升高導(dǎo)致薄膜與基體結(jié)合強(qiáng)度下降。研究發(fā)現(xiàn)沉積溫度在200oC時(shí)，薄膜在寬溫域(室溫到1000oC)內(nèi)擁有良好的摩擦學(xué)性能。4通過(guò)對(duì)薄膜寬溫域摩擦后磨痕的分析，總結(jié)氧化鉻薄膜寬溫域內(nèi)的摩擦磨損機(jī)理為：在低溫段，薄膜的磨損主要是以脆性斷裂為主；在中溫段，薄膜的磨損主要是以粘著磨損：在高溫段，氧化