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Insight into the high-temperature tribological mechanism of VAlTiCrW high entropy alloy film:AlV_(3)O_(9)from tribochemistry

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Friction 2023年第7期11卷 1165-1176页

作者： Xuesong LIU Jun FAN jibin pu Zhaoxia LU College of Chemistry and Chemical Engineering Guangxi UniversityNanning 530004China Key Laboratory of Marine Materials and Related Technologies Key Laboratory of Marine Materials and Protective Technologies of Zhejiang ProvinceNingbo Institute of Materials Technology and EngineeringChinese Academy of SciencesNingbo 315201China

High-entropy alloys have made significant progress in high mechanical properties,wear resistance,and corrosion resistance *** tribological properties,especially high-temperature lubrication,have become another sought *** this work,VAlTiCrW high-entropy alloy film with body-centered cubic(BCC)structure was prepared on superalloy substrate by magnetron *** is found that the VAlTiCrW film shows very low friction coefficient of 0.15 and a low wear rate of 10^(-5) orders of magnitude at 800℃.After 800℃oxidation,the film can still obtain a friction coefficient of no more than 0.2 at 700℃.XRD and TEM revealed the formation of ternary oxide AlV_(3)O_(9)with preferred orientation of(002)crystal plane with large spacing of 0.71 nm on the wear surface of the film,a high-temperature lubricating phase that has not been reported,realizes the low friction *** AlV_(3)O_(9)can be formed by tribochemical reaction under the thermal-mechanical action at 700℃,but pre-oxidation at 800℃is the prerequisite in order to form the precursors of V-rich and Al-rich oxide layer.

关键词： high entropy alloy high temperature friction AlV_(3)O_(9) oxide

Anomalous enhancement oxidation of few-layer MoS_(2)and MoS_(2)/h-BN heterostructure

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Nano Research 2022年第8期15卷 7081-7090页

作者： Siming Ren Yanbin Shi Chaozhi Zhang Mingjun Cui jibin pu Key Laboratory of Marine Materials and Related Technologies Zhejiang Key Laboratory of Marine Materials and Protective TechnologiesNingbo Institute of Materials Technology and EngineeringChinese Academy of SciencesNingbo 315201China Key Laboratory of Impact and Safety Engineering Ministry of Education of ChinaSchool of Mechanical Engineering and MechanicsNingbo UniversityNingbo 315211China

Because of profound applications of two-dimensional molybdenum disulfide(MoS_(2))and its heterostructures in electronics,its thermal stability has been spurred substantial *** employ a precision muffle furnace at a series of increasing temperatures up to 340℃to study the oxidation behavior of continuous MoS_(2)films by either directly growing mono-and fewlayer MoS_(2)on SiO_(2)/Si substrate,or by mechanically transferring monolayer MoS_(2)or hexagonal boron nitride(h-BN)onto monolayer MoS_(2)*** show that monolayer MoS_(2)can withstand high temperature at 340℃with less oxidation while the few-layer MoS_(2)films are completely oxidized just at 280℃,resulting from the growth-induced tensile strain in few-layer MoS_(2).When the tensile strain of films is released by transfer method,the stacked few-layer MoS_(2)films exhibit superior thermal stability and typical layer-by-layer oxidation behavior at similarly high ***,for the MoS_(2)/h-BN heterostructure,the h-BN film itself stacked on top is not damaged and forms many bubbles at 340℃,whereas the underlying monolayer MoS_(2)film is oxidized *** comprehensively using various experimental characterization and molecular dynamics calculations,such anomalous oxidation behavior of MoS_(2)/h-BN heterostructure is mainly due to the increased tensile strain in MoS_(2)film at elevated temperature.

关键词： molybdenum disulfide hexagonal boron nitride heterostructure enhancement oxidation tensile strain

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微纳尺度固体超滑研究进展

摩擦学学报（中英文） 2024年第4期44卷 437-459页

作者：孙军辉张鑫张金璐葛蒲宇程子文蒲吉斌鲁志斌钱林茂西南交通大学机械工程学院牵引动力国家重点实验室四川成都610031 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 中国科学院宁波材料技术与工程研究所中科院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江宁波315201

超润滑,指摩擦阻力极低的状态,是润滑技术发展追求的终极目标.超滑能够大幅度减小甚至消除滑动界面的摩擦磨损、抑制摩擦能量耗散,有效延长运动部件的可靠性和服役寿命,具有重要的基础研究和工程应用价值.鉴于微纳尺度固体超滑是实现宏... 详细信息

超润滑,指摩擦阻力极低的状态,是润滑技术发展追求的终极目标.超滑能够大幅度减小甚至消除滑动界面的摩擦磨损、抑制摩擦能量耗散,有效延长运动部件的可靠性和服役寿命,具有重要的基础研究和工程应用价值.鉴于微纳尺度固体超滑是实现宏观工程超滑的基础,是可能解决现代制造业超精密、微型化发展面临严重摩擦磨损瓶颈问题的有效途径,因此有必要对学术界目前实现微纳尺度固体超滑的原理和典型方法进行探讨,深化认识固体超滑的实现策略,提高摩擦学研究服务现代文明的支撑能力.从早期的生活生产经验总结,到近代的机械啮合理论、黏着学说乃至当代原子分子水平摩擦理论,人们对摩擦和润滑的认识不断提高,但都不曾回避“摩擦总是伴随着动能/机械能消耗”的观点,即摩擦是界面滑动发生能量耗散的力学体现,滑动势垒的存在是滑动产生摩擦阻力的本征原因.因此,本文中将围绕如何降低滑动势垒、减小摩擦耗散的思辨理念,介绍当前固体超滑研究的发展和现状,着重探讨实现微纳尺度超滑的一般策略,简要综述学术界目前典型固体超润滑的原理和方法等.首先,介绍了结构超滑的提出、发展及其应用;其次,探讨了连续滑动超低摩擦行为的基础原理及应用等;此外,阐述了近年来提出的压力诱导超滑的理念,着重从现象发现、基本原理、试验观测方法及其可能的基础和应用价值等方面,介绍了压力诱导超滑的研究进展.最后,从基础研究和应用技术开发方面提出了超滑研究可能需要加强的几方面内容.以期通过当前综述,丰富学术界对超润滑的基本问题、科学意义及其应用价值的认识,阐明固体超滑的微观机理、实现策略,指出固体超滑面临的挑战及发展方向,助力固体超润滑从基础研究向工程应用迈进.

关键词：超润滑超低摩擦结构超滑连续滑动压力诱导超滑

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宽温域低摩擦涂层研究现状

中国表面工程 2022年第3期35卷 1-15页

作者：宋福磊蒲吉斌中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315200

减摩耐磨涂层是高端装备中传动机构可靠运行的关键材料。在温度变化较大的工况条件下如何降低运动副的摩擦磨损,一直制约着高端装备技术的发展,探究宽温域低摩擦涂层对高速发展的现代工业技术具有迫切需求。简述目前宽温域低摩擦涂层的... 详细信息

减摩耐磨涂层是高端装备中传动机构可靠运行的关键材料。在温度变化较大的工况条件下如何降低运动副的摩擦磨损,一直制约着高端装备技术的发展,探究宽温域低摩擦涂层对高速发展的现代工业技术具有迫切需求。简述目前宽温域低摩擦涂层的研究现状,归纳和评述金属复合基涂层、氧化物基涂层和氮化物基涂层等三类宽温域低摩擦涂层的组成、结构、摩擦学性能以及减摩机理等,得到单一结构的固体润滑涂层很难实现发展的需求。提出制备多层涂层、预处理(织构化、预氧化等)等技术路线去实现运动副良好的摩擦学性能,解决常规固体润滑涂层温度敏感性问题,为宽温域低摩擦涂层的相关研究发展提供新思路。

关键词：宽温域低摩擦涂层金属复合氮化物氧化物

Cr掺杂类金刚石碳基薄膜在发动机油环境下的摩擦学机制

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材料研究学报 2017年第1期31卷 18-26页

作者：郑韶先任思明蒲吉斌兰州交通大学机电工程学院兰州730070 中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315201 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

系统研究了在发动机工作温度(180℃)铬掺杂类金刚石碳基薄膜(Cr-DLC)在聚α-烯烃(PAO润滑油)及含添加剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)的PAO润滑油中的摩擦磨损性能,用多种手段表征分析了Cr-DLC薄膜在润滑油介质中的摩擦机理。结果表明:在含... 详细信息

系统研究了在发动机工作温度(180℃)铬掺杂类金刚石碳基薄膜(Cr-DLC)在聚α-烯烃(PAO润滑油)及含添加剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)的PAO润滑油中的摩擦磨损性能,用多种手段表征分析了Cr-DLC薄膜在润滑油介质中的摩擦机理。结果表明:在含添加剂ZDDP的润滑状态下ZDDP衍生的润滑膜抑制了薄膜表面的石墨化,金属元素的掺入提高了薄膜的表面活性,加速了摩擦界面的化学反应,促进了润滑膜的形成和抗磨产物(CrO_x/CrPO_4)的积累,大大提高了Cr-DLC薄膜的摩擦学性能。

关键词：材料表面与界面 DLC ZDDP 摩擦磨损润滑膜摩擦化学反应

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金属材料缺口拉伸试样的损伤和断裂行为

金属材料缺口拉伸试样的损伤和断裂行为

作者：蒲吉斌兰州理工大学

学位级别：硕士

本文对四种材料不同缺口根半径的圆棒试样进行了拉伸断裂和系列卸载实验,通过宏观力学性能参数的测定,断口和卸载金相观察和参数测量,并结合不同缺口根半径试样缺口前的应力、应变分布的有限元(FEM)计算,对四种材料缺口拉伸时的宏观力... 详细信息

本文对四种材料不同缺口根半径的圆棒试样进行了拉伸断裂和系列卸载实验,通过宏观力学性能参数的测定,断口和卸载金相观察和参数测量,并结合不同缺口根半径试样缺口前的应力、应变分布的有限元(FEM)计算,对四种材料缺口拉伸时的宏观力学性能和细观损伤断裂机理进行了研究。得到了下列主要结果: 1.四种材料不同缺口根半径拉伸试样应力应变分布的有限元计算结果表明:缺口前端的正应力σ/σ,三向应力度σ/(?)和等效塑性应变ε,随外加载荷P/P的增加而增加。材料在整体屈服之前(P/P1)的应力应变分布及其随P/P的变化规律不同。随缺口根半径的减小,缺口前的正应力σ/σ,三向应力度σ/(?)和等效塑性应变ε增加。较大缺口根半径(R≥2mm)和较小缺口根半径(R<2mm)时,试样中的应力应变分布规律不同。 2.随缺口根半径R的减小,反映材料强度的表观力学参量增加。对四种材料强度不同的本质原因从材料化学成分和显微组织的角度进行了解释。 3.对四种材料的延性损伤断裂机理进行了研究。发现不同成分和组织的金属材料其损伤和断裂的机理不同,导致其不同的强度,塑性和韧性。Rice和Tracey及Gurson等细观损伤模型由于其自身存在的问题及局限性,不一定都能精确地描述和用于模拟这些材料的力学性能。 4.随试样缺口根半径的减小,其前端的应力应变场强度增加,将促使微孔形核,长大和聚合的速率加快,使材料塑性和韧性降低。 5.测定了四种材料的细观延性起裂曲线,表明材料的延性起裂应变依赖于三向应力度,随三向应力度的增加,起裂应变下降。 6.孔洞附近的局部应力—应变分布及损伤演化的细观力学分析表明:孔洞周围存在局部的等效塑性应变ε,Miss应力和正应力S的集中。这促使了一次大孔洞的长大及一次大孔洞之间二次微孔的形核和长大。大孔洞之间存在应变局部化(高的ε应

关键词：损伤拉伸实验缺口尺寸加载方式缺口韧性应力应变有限元破坏曲线

CrN和CrN/Ag涂层的真空高温摩擦磨损性能

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润滑与密封 2021年第12期46卷 19-29页

作者：蔡群蒲吉斌中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋新材料与防护技术重点实验室浙江宁波315201 宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波31521

为改善涂层在真空、高温等苛刻条件下的摩擦学性能,利用中频直流磁控溅射技术在硅片和316L不锈钢上沉积了CrN和CrN/Ag涂层,利用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对涂层的成分及相结构进行了表征,通过划痕测试仪、纳米压痕仪和摩擦磨损... 详细信息

为改善涂层在真空、高温等苛刻条件下的摩擦学性能,利用中频直流磁控溅射技术在硅片和316L不锈钢上沉积了CrN和CrN/Ag涂层,利用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对涂层的成分及相结构进行了表征,通过划痕测试仪、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测试了涂层的力学及摩擦学性能。结果表明:添加Ag元素以后,CrN/Ag涂层硬度及承载能力有所减小,但结合强度增加;真空高温环境下CrN与CrN/Ag涂层摩擦因数随温度升高呈下降趋势,其中CrN涂层通过软化镀层减小剪切强度和阻力,从而减小摩擦因数,CrN/Ag涂层主要通过高温产生的热驱动力诱导表面Ag润滑膜的形成来减小摩擦因数;CrN涂层依靠自身剪切特性参与摩擦,而CrN/Ag涂层在真空高温下具有自润滑和持续润滑性能,作为自润滑零部件具有潜在的应用价值。

关键词： CrN涂层 CrN/Ag涂层力学性能摩擦磨损自润滑性能

MoS_(2)/WS_(2)复合薄膜的环境适应性和摩擦学性能

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中国机械工程 2022年第12期33卷 1468-1476页

作者：范昕任思明王海新蒲吉斌中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江省海洋材料与防护技术重点实验室中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室宁波315201 中国科学院大学北京100049

湿热大气环境对MoS_(2)润滑薄膜的摩擦学性能有严重的劣化作用。采用非平衡磁控溅射技术成功制备了WS_(2)掺杂MoS_(2)复合薄膜,研究发现,MoS_(2)基体中掺入少量WS_(2)可以诱导MoS_(2)沿(002)晶面择优生长,薄膜结构变得更加致密,显著抑... 详细信息

湿热大气环境对MoS_(2)润滑薄膜的摩擦学性能有严重的劣化作用。采用非平衡磁控溅射技术成功制备了WS_(2)掺杂MoS_(2)复合薄膜,研究发现,MoS_(2)基体中掺入少量WS_(2)可以诱导MoS_(2)沿(002)晶面择优生长,薄膜结构变得更加致密,显著抑制腐蚀介质的渗透和扩散,使MoS_(2)/WS_(2)复合薄膜展现出高盐雾耐蚀性、小摩擦因数和低磨损率。成分优化的MoS_(2)-1.6%WS_(2)(原子分数)复合薄膜在经历4天的盐雾试验后仅表层被氧化,仍能保持0.16的小摩擦因数和3.80×10^(-6) mm^(3)/(N·m)的低磨损率。

关键词： MoS_(2)/WS_(2)复合薄膜盐雾环境耐腐蚀性摩擦学性能

无氢类金刚石薄膜表面H2O和O2分子共同作用的第一性原理计算

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摩擦学学报 2019年第3期39卷 350-356页

作者：王顺花霍磊鞠鹏飞蒲吉斌兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730000 中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋新材料与应用技术重点实验室浙江宁波315201 上海航天设备制造总厂上海200245

无氢类金刚石碳基薄膜(Diamond-like carbon,DLC)在潮湿大气环境中具有较低的摩擦系数,这主要是由于环境中的H2O和O2两种活性分子钝化了无氢DLC薄膜表面的悬键,但迄今两种活性分子对无氢DLC薄膜低摩擦行为的协同影响机制仍不清楚.本文... 详细信息

无氢类金刚石碳基薄膜(Diamond-like carbon,DLC)在潮湿大气环境中具有较低的摩擦系数,这主要是由于环境中的H2O和O2两种活性分子钝化了无氢DLC薄膜表面的悬键,但迄今两种活性分子对无氢DLC薄膜低摩擦行为的协同影响机制仍不清楚.本文中通过第一性原理计算方法研究了H2O和O2分子共存时在金刚石表面的钝化状态,并推测了无氢DLC薄膜实现低摩擦的可能途径.结果表明:H2O和O2两种活性分子在金刚石表面分解形成OH、H及O基团,其中O原子和H原子的相互吸引能够促使其形成OH基团.当H2O分子和O2分子按比例2:1共存时,金刚石表面全部由OH基团钝化,而非2:1比例时,金刚石表面会形成C-OH、C-H和C-O共存的复杂情况.

关键词：第一性原理 DLC 碳悬键钝化