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液氮激冷对含氢非晶碳膜性能的影响

摩擦学学报 2020年第1期40卷 82-88页

作者：王兆龙薛勇张斌高凯雄强力牟志星王凯中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000 中核四零四有限公司第三分公司甘肃兰州732850 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049 兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050

采用等离子增强化学气相沉积系统制备了含氢非晶碳膜.加热到相应温度(200、250、300、350和400℃)后,对薄膜进行液氮激冷处理,并研究其结构、机械及摩擦性能的变化.结果表明:薄膜硬度在200~300℃温度下液氮激冷后,其硬度随热处理温度增... 详细信息

采用等离子增强化学气相沉积系统制备了含氢非晶碳膜.加热到相应温度(200、250、300、350和400℃)后,对薄膜进行液氮激冷处理,并研究其结构、机械及摩擦性能的变化.结果表明:薄膜硬度在200~300℃温度下液氮激冷后,其硬度随热处理温度增加,C-C sp^2键逐渐增加;在350~400℃温度下液氮激冷处理后,薄膜的硬度逐渐减小,薄膜呈石墨化趋势;而其弹性恢复在整个处理过程(200~400℃)中随温度升高持续增大,和C-C sp^2键变化趋势一致.液氮激冷处理后,含氢非晶碳膜的摩擦系数及磨损量均得到改善,在300℃激冷处理的含氢非晶碳膜具备最低的摩擦系数及磨损量.

关键词：含氢非晶碳膜激冷摩擦磨损热稳定性

Nd对Zr基非晶合金形成能力、热稳定性及耐腐蚀性的影响

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腐蚀与防护 2012年第7期33卷 593-595页

作者：高凯雄寇生中李林于朋姚建忠兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室兰州730050 兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室兰州730050

利用铜模吸铸法在水冷坩埚中制备了4种(Zr0.55Al0.1Ni0.05Cu0.3)100-xNdx(x=0,1,2,3)块体非晶合金。采用XRD和DSC检测了所获合金相组成、非晶形成能力及热稳定性,并采用盐酸溶液浸泡腐蚀试验评价了不同合金的腐蚀速率。结果表明,适量添... 详细信息

利用铜模吸铸法在水冷坩埚中制备了4种(Zr0.55Al0.1Ni0.05Cu0.3)100-xNdx(x=0,1,2,3)块体非晶合金。采用XRD和DSC检测了所获合金相组成、非晶形成能力及热稳定性,并采用盐酸溶液浸泡腐蚀试验评价了不同合金的腐蚀速率。结果表明,适量添加Nd可提高Zr0.55Al0.1Ni0.05Cu0.3非晶合金的形成能力和热稳定性,但非晶合金在2mol/L HCl溶液中的耐蚀性随Nd含量的增加而降低。该结果对进一步改善和提高非晶合金的性能具有重要的参考价值。

关键词：块体非晶合金玻璃形成能力热稳定性耐腐蚀性

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碳基薄膜固液复合润滑研究现状

材料研究与应用 2022年第1期16卷 161-173页

作者：文欣宇陶彩虹贾倩赖振国张斌高凯雄兰州交通大学化学与生物工程学院甘肃兰州730070 中国科学院兰州化学物理研究所中国科学院材料磨损与防护重点实验室甘肃兰州730000

摩擦和磨损制约着机械系统的高可靠、长寿命服役,随着科学技术的快速发展,单一的固体或液体润滑系统已经无法满足工业应用中对机械部件的摩擦学性能要求.因此,研究人员对固液相复合润滑体系展开了大量研究,碳基薄膜因具有优异的摩擦学... 详细信息

摩擦和磨损制约着机械系统的高可靠、长寿命服役,随着科学技术的快速发展,单一的固体或液体润滑系统已经无法满足工业应用中对机械部件的摩擦学性能要求.因此,研究人员对固液相复合润滑体系展开了大量研究,碳基薄膜因具有优异的摩擦学性能而常被用于组成固液复合润滑体系.对碳基薄膜固液复合润滑体系的研究进行了回顾,从碳基薄膜/油复合润滑、碳基薄膜/离子液体复合润滑、碳基薄膜/水复合润滑、碳基薄膜/润滑剂/纳米添加剂复合润滑,以及表面织构碳基薄膜和摩擦过程中生成碳材料的特殊碳基材料复合润滑六个体系对碳基薄膜固液复合润滑进行了综述.碳基薄膜/润滑油复合润滑无论是在大气还是在真空中都表现出优异的摩擦学性能,碳基薄膜/离子液体复合润滑对于提高在苛刻条件下服役的机械运动部件的摩擦学性能具有指导意义和广泛的应用前景.润滑添加剂的使用,可以在碳基薄膜/润滑油复合润滑体系的基础上进一步提高摩擦学性能,过渡金属氮化物/润滑油摩擦催化生成碳材料为进一步发现和发展不同的先进润滑和保护材料提供了前景.最后总结了目前研究领域中存在的一些问题,并对未来发展方向进行了展望.

关键词：固液复合润滑类金刚石润滑剂添加剂

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工程导向碳薄膜宏观超滑研究进展

中国科学：化学 2018年第12期48卷 1466-1477页

作者：王永富白永庆高凯雄张斌张俊彦中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049

碳薄膜宏观超滑研究的兴起与发展是一个工程导向的过程,有利于解决21世纪日益增长的能源和环境问题.本文从碳纳米结构薄膜制备(如类富勒烯、类石墨、类洋葱和纳米金刚石等)入手,详细阐述了碳薄膜宏观超滑的最新科研进展,分析了碳纳米结... 详细信息

碳薄膜宏观超滑研究的兴起与发展是一个工程导向的过程,有利于解决21世纪日益增长的能源和环境问题.本文从碳纳米结构薄膜制备(如类富勒烯、类石墨、类洋葱和纳米金刚石等)入手,详细阐述了碳薄膜宏观超滑的最新科研进展,分析了碳纳米结构薄膜宏观超滑行为背后的深层次减摩机制,概括了碳薄膜宏观超滑机理,并展望了碳薄膜纳米结构设计与宏观超滑未来的发展方向.

关键词：摩擦固体超滑类金刚石类富勒烯类石墨

MoS_2-Al复合薄膜高温摩擦学性能研究

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表面技术 2018年第3期47卷 140-147页

作者：杨保平高斌基张斌强力高凯雄张俊彦兰州理工大学石油化工学院兰州730050 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730000

目的提升MoS_2薄膜在高温环境下的润滑性能。方法应用非平衡磁控溅射技术共溅射MoS_2靶和Al靶沉积MoS_2-Al复合薄膜。通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压入仪和CSM牌高温摩擦磨损试验机... 详细信息

目的提升MoS_2薄膜在高温环境下的润滑性能。方法应用非平衡磁控溅射技术共溅射MoS_2靶和Al靶沉积MoS_2-Al复合薄膜。通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压入仪和CSM牌高温摩擦磨损试验机,评价MoS_2-Al复合薄膜表面及断面形貌、微观结构、机械性能和高温环境下的摩擦学性能,并通过奥斯巴林显微镜观察磨痕及磨斑形貌。结果温度超过400℃时,Al含量(原子数分数)为18.3%的MoS_2-Al复合薄膜表现出了优异的高温润滑性能,摩擦初始阶段的摩擦系数保持在0.07左右,平均摩擦系数低至0.172,比纯MoS_2薄膜的摩擦系数降低了64%,摩擦曲线十分稳定。结论当薄膜中Al的添加量为18.3%时,Al的引入在不破坏MoS_2结构时起到了自身优先氧化的作用,从而保护了MoS_2结构不被破坏,使MoS_2-Al复合薄膜在高温环境下的润滑能力得到了显著提升。

关键词： MoS2-A1复合薄膜高温摩擦磨损润滑

直流法制备类富勒烯碳氢薄膜的摩擦学性能研究

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摩擦学学报 2015年第1期35卷 82-89页

作者：欧玉静郭俊猛王永富高凯雄梁爱民张斌张俊彦兰州理工大学甘肃兰州730000 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000

采用直流等离子体化学气相沉积(dc-PECVD)技术,以甲烷为前驱体,在单晶硅表面制备了含氢类富勒烯(FL-C∶H)薄膜.简化了含氢类富勒烯(FL-C∶H)薄膜的脉冲偏压协助等离子体化学气相制备过程(mcPECVD),通过高分辨率透射电镜和拉曼光谱确定了... 详细信息

采用直流等离子体化学气相沉积(dc-PECVD)技术,以甲烷为前驱体,在单晶硅表面制备了含氢类富勒烯(FL-C∶H)薄膜.简化了含氢类富勒烯(FL-C∶H)薄膜的脉冲偏压协助等离子体化学气相制备过程(mcPECVD),通过高分辨率透射电镜和拉曼光谱确定了FL-C∶H薄膜的微观结构和薄膜内的富勒烯含量;通过纳米压痕和往复摩擦试验对比了两种方法制备的FL-C∶H与传统的DLC薄膜的硬度及摩擦性能.结果表明:与用脉冲偏压协助方案制备的含氢类富勒烯薄膜相比,直流方案制备的FL-C∶H薄膜具有相似的微观结构,更优异的机械特性及摩擦学性能,同时该薄膜表现出对载荷、频率和相对湿度的低敏感性.

关键词：直流类富勒烯脉冲偏压协助低敏感性

催化超滑:金催化作用下非晶含氢碳薄膜的工程超滑

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中国科学：化学 2021年第4期51卷 468-475页

作者：贾倩张斌王凯张兴凯钱庆一高凯雄张俊彦中国科学院兰州化学物理所中国科学院材料磨损与防护重点实验室兰州730000 中国科学院大学材料与光电技术学院北京101408 兰州理工大学石油化工学院兰州730050

摩擦磨损是导致机械系统高能耗和失效的主要原因,降低摩擦系数、减小磨损,特别是实现超滑(超低摩擦,μ<0.01)是解决上述困窘的有效方法.本文针对在工程尺度难以实现超滑应用的技术壁垒,将催化与摩擦学相结合,提出了金催化非晶含氢碳薄... 详细信息

摩擦磨损是导致机械系统高能耗和失效的主要原因,降低摩擦系数、减小磨损,特别是实现超滑(超低摩擦,μ<0.01)是解决上述困窘的有效方法.本文针对在工程尺度难以实现超滑应用的技术壁垒,将催化与摩擦学相结合,提出了金催化非晶含氢碳薄膜原位生成石墨烯纳米带实现工程超滑的新方法,即"催化超滑".本文采用等离子体化学气相沉积法(PECVD)和化学溶液镀膜法分别制备了所需非晶含氢碳薄膜和镀金钢球,以非晶含氢碳薄膜/镀金钢球构成滑动摩擦副,并进一步研究了其摩擦学行为.结果表明,与非晶含氢碳薄膜/轴承钢球摩擦副相比,含氢碳薄膜/镀金钢球摩擦副摩擦系数低至0.008,仅是含氢碳薄膜/轴承钢球摩擦副的25%左右;磨损深度仅为含氢碳薄膜/轴承钢球摩擦副的31%左右.这是因为摩擦过程中金在摩擦热和剪切力的作用下,原位催化诱导非晶碳发生向石墨烯的转变,石墨烯有序的结构利于形成非公度接触,可有效减小界面剪切力从而降低摩擦系数."催化超滑"的新方法在宏观尺度上实现了超滑,为解决超滑工程应用难的问题提供了新的思路.

关键词：金石墨烯非晶含氢碳薄膜催化超滑工程超滑

硅烷流量对钛合金双极板表面改性碳膜性能的影响

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表面技术 2020年第6期49卷 76-84页

作者：牟志星张兴凯高凯雄张斌王兆龙贾倩张俊彦中国科学院材料磨损与防护重点实验室兰州730000 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

目的通过对钛合金基底进行表面改性,提高其作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)金属双极板的耐蚀导电性能。方法通过等离子体增强化学气相沉积法(PECVD),调控不同的SiH4流量(0~10 mL/min),在钛基底表面制备了含硅非晶碳膜。利用电化学工作站... 详细信息

目的通过对钛合金基底进行表面改性,提高其作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)金属双极板的耐蚀导电性能。方法通过等离子体增强化学气相沉积法(PECVD),调控不同的SiH4流量(0~10 mL/min),在钛基底表面制备了含硅非晶碳膜。利用电化学工作站、界面接触电阻测量仪、水接触角测量仪、纳米压痕仪,分别测试了薄膜的耐蚀性、导电性、疏水性和力学性能。通过拉曼光谱分析了腐蚀前后薄膜内部杂化比变化,并结合扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜研究了薄膜厚度、腐蚀形貌和内部结构。结果SiH4流量为8 mL/min时,制备的含硅非晶碳膜具有最佳耐蚀性和导电性,该含硅非晶碳膜水接触角为102.91°,硬度为9.28 GPa,弹性模量为60.34 GPa,厚度为2.822μm。其动电位腐蚀电流密度为0.017μA/cm^2,相比钛基底提升3个数量级(80.51μA/cm^2),在1.4 MPa压力下,其界面接触电阻为47.06 mΩ·cm^2。结论硅的引入诱导非晶碳膜生成类石墨烯结构,提高了非晶碳膜的导电性能和耐蚀性能,提升了薄膜的力学性能及疏水性。用含硅非晶碳膜对钛双极板进行表面改性,有望显著提高极板的燃料电池性能。

关键词：钛合金非晶碳膜金属双极板表面改性燃料电池电化学性能

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含氢类富勒烯碳薄膜制备及超滑性能研究进展

润滑与密封 2018年第12期43卷 97-103页

作者：丁雪兴王兆龙张斌高凯雄张俊彦兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000

类富勒烯碳薄膜是一种由弯曲石墨烯镶嵌的非晶网络复合结构,正是由于这种弯曲石墨烯结构(类富勒烯结构)的存在,赋予了薄膜高的硬度,优异的弹性恢复和超低摩擦性能(摩擦因数为0. 002～0. 009)。综述含氢类富勒烯碳薄膜制备方法、纳米结... 详细信息

类富勒烯碳薄膜是一种由弯曲石墨烯镶嵌的非晶网络复合结构,正是由于这种弯曲石墨烯结构(类富勒烯结构)的存在,赋予了薄膜高的硬度,优异的弹性恢复和超低摩擦性能(摩擦因数为0. 002～0. 009)。综述含氢类富勒烯碳薄膜制备方法、纳米结构调控机制、超低摩擦学机制及后处理对薄膜摩擦学性能的影响;探讨含氢类富勒烯碳薄膜在汽车发动机方面的应用,指出其可有效降低发动机部件的摩擦磨损,有利于发动机的节能减排;总结氢类富勒烯碳薄膜未来工程应用的潜在挑战,指出类富勒烯碳薄膜虽在可控范围内具有超滑性能,但未来如何实现全工况范围超滑和固油复合超滑将是一个主要研究方向。

关键词：类富勒烯石墨烯超滑低摩擦含氢碳膜