硬质薄膜在不同水环境中的摩擦学特性研究

摘要

本文采用磁控溅射技术，在316L不锈钢上制备了CrSiCN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CrSiCN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 SiC靶功率的增大，CrSiCN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CrSiCN薄膜明显较高。(2)随着射频靶功率的增大，CrSiCN薄膜摩擦系数和磨损率减小，说明Si的掺杂会改善CrSiCN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，CrSiCN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，CrSiCN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，CrSiCN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。

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第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 薄膜沉积技术

1.3 CrSiCN薄膜研究进展

1.4 类金刚石薄膜（DLC）研究进展

1.5 本文研究目的及主要工作

第二章 实验方法

2.1 实验方案

2.2薄膜制备

2.3 水溶液的配制

2.4 水润滑摩擦实验

2.5 实验数据处理相关仪器介绍

2.6 实验结果处理

2.7 本章小结

第三章 薄膜的结合力测试

3.1 CrSiCN薄膜的结合力测试

3.2 Ti或Cr掺杂DLC薄膜的结合力测试

3.3 本章小结

第四章 CrSiCN薄膜的水润滑摩擦学特性

4.1 不同SiC靶功率制备的薄膜与小球对磨的摩擦系数和磨损率

4.2 不同水溶液下薄膜与小球对磨的摩擦系数和磨损率

4.3 不同载荷下薄膜与小球对磨的摩擦系数和磨损率

4.4 不同速率下薄膜与小球对磨的摩擦系数和磨损率

4.5 本章小结

第五章 Ti或Cr掺杂DLC薄膜的水润滑摩擦特性

5.1 不同水溶液下薄膜与SiC小球对磨的摩擦系数

5.2 不同水溶液下薄膜与小球对磨的磨损率

5.3 不同载荷下Cr/DLC薄膜与小球对磨的摩擦系数和磨损率

5.4 不同速率下Cr/DLC薄膜与小球对磨的摩擦系数和磨损率

5.5 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在校期间的研究成果及发表的学术论文