硬质薄膜在不同水环境中的摩擦学特性研究

• 作 者: 李子骏
• 机 构: 南京航空航天大学
• 出 处: 南京航空航天大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: CrSiCN DLC 水润滑 摩擦 磨损

本文采用磁控溅射技术,在316L不锈钢上制备了Cr Si CN薄膜样片,研究了制备参数对薄膜结合力、表面形貌和摩擦性能的影响,从而选取最优参数,还探索了在海水中,不同速度和不同载荷对Cr Si CN薄膜的摩擦系数和磨损率的影响规律。然后采用磁控溅射技术在316L不锈钢或M2工具钢上沉积了含Ti或Cr的DLC薄膜样片,研究了它们的结合力以及在不同水溶液、不同载荷以及不同速率下的摩擦学性能。得到的结果表明:(1)随着Si C靶功率的增大,Cr Si CN薄膜的结合力先降低后增加,但是影响幅度并不大,其临界载荷始终在10N以下。沉积在M2工具钢基体上的纯DLC薄膜比沉积在316L不锈钢基体上的纯DLC薄膜的结合力大;而对于Cr-DLC薄膜,316L不锈钢反而更有利于提高其结合力;Ti的掺杂会使DLC薄膜的结合力先降低后增大。DLC薄膜的临界载荷普遍在20N以上,比Cr Si CN薄膜明显较高。(2)随着射频靶功率的增大,Cr Si CN薄膜摩擦系数和磨损率减小,说明Si的掺杂会改善Cr Si CN的摩擦学性能。对于含Ti或Cr的DLC膜,以M2工具钢为基材比以316L不锈钢为基材更能改善DLC膜的摩擦性能。(3)在不同水溶液中,Cr Si CN和DLC薄膜在人工海水中的摩擦系数最小,其次是切削液,最高的是模拟人体体液,而且薄膜的磨损率与摩擦系数的变化规律也大体相同。在不同载荷下,Cr Si CN和DLC薄膜的摩擦系数和磨损率随着载荷的增大而增大。而在不同滑动速率下,Cr Si CN薄膜的摩擦系数随速度的增大而减小,但薄膜磨损率却没有明显的变化,而DLC薄膜的摩擦系数和磨损率随速度的增大先减小后增大。