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摩擦学学报 2018年第4期38卷 486-492页

作者：吴行阳阮敬杰葛宙杨义曹允张建华上海大学机电工程与自动化学院上海200072

引起边缘应力集中的边缘效应是影响边界润滑条件下织构材料摩擦学性能的重要因素之一.本文中采用激光加工、电化学和机械抛光的方法在不锈钢表面制备了边缘未修形和修形凹坑织构,在此基础上采用溅射/射频化学气相沉积技术沉积了si-dlc膜... 详细信息

引起边缘应力集中的边缘效应是影响边界润滑条件下织构材料摩擦学性能的重要因素之一.本文中采用激光加工、电化学和机械抛光的方法在不锈钢表面制备了边缘未修形和修形凹坑织构,在此基础上采用溅射/射频化学气相沉积技术沉积了si-dlc膜,研究了边缘修形对织构化薄膜在油中摩擦学性能的影响.基于有限元方法分析了加载条件下凹坑织构接触界面的应力分布,考察了修形对边缘效应的影响.结果表明:边缘修形可大幅降低凹坑织构化薄膜与不锈钢对偶球配副间的摩擦以及对偶的磨损.织构的摩擦学性能与边缘效应呈正相关关系,边缘修形可使凹坑边缘的最大接触应力降低30%左右,有利于缓和凹坑边缘的刮擦作用从而降低织构材料的摩擦磨损.

关键词：织构 si-dlc膜边缘修形应力集中油润滑

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si-dlc膜微观摩擦性能及弹塑性接触有限元分析

Si-DLC膜微观摩擦性能及弹塑性接触有限元分析

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作者：刘翊江苏大学

学位级别：硕士

本文采用试验方法研究了硅掺杂类金刚石(si-dlc)膜的微观摩擦力学性能,同时从数值模拟的角度进一步分析了硅材料微机电器件表面镀si-dlc膜前后,其弹塑性接触性能和摩擦热分布的规律。首先,介绍了微波电子回旋共振等离子体增强化学气相... 详细信息

本文采用试验方法研究了硅掺杂类金刚石(si-dlc)膜的微观摩擦力学性能,同时从数值模拟的角度进一步分析了硅材料微机电器件表面镀si-dlc膜前后,其弹塑性接触性能和摩擦热分布的规律。首先,介绍了微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积和等离子体增强非平衡磁控溅射两种工艺综合制备si-dlc膜的原理和具体工艺。所制样品表征结果表明si-dlc膜是非晶膜。采用原子力显微镜(AFM)分析了膜表面形貌和溅射偏压的关系,随着基底负偏压的增加,薄膜的表面粗糙度值逐渐减小,溅射偏压为400V左右时,薄膜表面形貌平滑,且表面粘附力值小。其次,采用微米级别的AFM球头探针对si-dlc膜进行了摩擦实验。研究了微米尺度下,外加载荷和扫描速率对薄膜摩擦性能的影响。考虑粘附的影响,提出了适用于微观低载荷接触摩擦力表征的修正Amonton公式。分析了摩擦系数与表面形貌粗糙峰之间的关系,根据薄膜表面粗糙峰的分布,建立了微米尺度下球头探针与薄膜表面粗糙峰的等效接触模型,并推导了摩擦力关于载荷和形貌参数的函数表达式,表明单位面积接触粗糙峰密度对摩擦力大小起着主导作用。所建接触模型成功解释了摩擦实验现象产生的原因。接着,采用尖头探针、球头探针和平头探针对si-dlc膜进行了摩擦实验,进一步研究了薄膜的摩擦力学性能。探讨了不同接触尺度下,薄膜表面粘附力及摩擦产生的机理。建立了不同探针与膜表面粗糙峰的接触模型,推导了表面粘附力与接触面积的关系表达式,表明在微观接触中,接触面积的大小对粘附力起着主导作用。尖头探针与薄膜表面的微观摩擦系数取决于表面粗糙峰的斜率,与粗糙峰的高度相关不大;球头探针与薄膜表面的摩擦力主要取决于单位面积接触粗糙峰密度;平头探针与薄膜表面的摩擦力取决于外加载荷大小,表面形貌的微观尺寸效应可忽略。最后,用有限元数值方法模拟了硅材料微机电器件表面镀si-dlc膜前后,其弹塑性接触及摩擦热分布的性能。用ansys10.0建立了弹塑性接触和摩擦热分析的有限元几何模型,分析了弹性阶段和弹塑性阶段各参数与接触性能之间的规律,摩擦热及热耦合应力的分布规律。研究结果表明:硅表面镀上一层si-dlc膜后,其抵抗外力变形能力和抗磨性得到很大的提高,而且摩擦热引起的升温和热耦合应力降低了很多。本文开展的dlc膜的微观摩擦力学性能研究,为指导微机电系统的设计及应用奠定良好的理论基础。

关键词： si-dlc膜微观摩擦弹塑性接触摩擦热有限元

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低温化学气相沉积两种dlc膜的摩擦性能研究

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功能材料 2012年第6期43卷 688-691页

作者：陈文刚葛世荣张涌海中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 西南林业大学交通机械与土木工程学院云南昆明650224

低温条件下在单晶硅表面沉积dlc膜和si-dlc膜层,采用UMT-2微摩擦磨损实验机研究了两种膜层的摩擦磨损特性,借助拉曼光谱、X射线衍射仪及立体三维形貌仪分析了两种膜层的表面形貌和组成。使用扫描电子显微镜检测了两种膜层磨损后的表面... 详细信息

低温条件下在单晶硅表面沉积dlc膜和si-dlc膜层,采用UMT-2微摩擦磨损实验机研究了两种膜层的摩擦磨损特性,借助拉曼光谱、X射线衍射仪及立体三维形貌仪分析了两种膜层的表面形貌和组成。使用扫描电子显微镜检测了两种膜层磨损后的表面形貌。结果表明两种膜层表面都非常平滑,属于纳米硬膜;两种膜层都具有良好的减摩抗磨作用,其中dlc膜层的减磨性能好于si-dlc膜,而si-dlc膜的抗磨性能优于dlc膜。分析认为这是由于具有si过渡层的dlc膜与硅基体的结合更为牢固造成的,但其同时促使dlc膜的减摩性能降低。

关键词：单晶硅 dlc膜 si-dlc膜摩擦磨损

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LA91镁锂合金si-dlc薄膜制备与性能研究

LA91镁锂合金Si-DLC薄膜制备与性能研究

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作者：李彤佳木斯大学

学位级别：硕士

镁锂合金作为目前轻金属领域中的热门材料,由于其比强度和比刚度较高,同时具有良好的热导率、电磁屏蔽和阻尼等性能,近些年在移动电子设备产品、航空仪器仪表、车载零部件等方面的应用也受到工业领域的重视。但是,由于镁锂合金本身存在... 详细信息

镁锂合金作为目前轻金属领域中的热门材料,由于其比强度和比刚度较高,同时具有良好的热导率、电磁屏蔽和阻尼等性能,近些年在移动电子设备产品、航空仪器仪表、车载零部件等方面的应用也受到工业领域的重视。但是,由于镁锂合金本身存在力学性能差、易受到腐蚀等缺陷,阻碍了镁锂合金的大范围使用。为了提高镁锂合金的使用性能,研究者们主要从表面处理的方式进行探索,通过镁锂合金表面改性及沉积膜层等方式来增强其表面力学性能和耐蚀性,进而促进镁锂合金的应用。本文采用笼形空心阴极放电技术,在LA91镁锂合金基体表面制备了硅掺杂类金刚石(si-dlc)薄膜,使用SEM、AFM、拉曼光谱等仪器对膜层的微观形貌、显微结构等进行表征,通过划痕实验、摩擦磨损试验和电化学等性能评价方法对膜层的结合力、摩擦磨损性能、耐腐蚀性能进行评价。得出以下结论:在偏压条件下采用氩离子与氢离子对LA91镁锂合金基体刻蚀处理,在表面构建微粗糙结构,随着刻蚀时间的增加,基体表面的粗糙度逐渐提高。在刻蚀后LA91基体表面制备si-dlc单层膜,结合力测试结果表明,基体刻蚀后表面洁净度和粗糙度增加,基体与si-dlc单层膜“锁扣”效应增强,膜基结合力提高,同时增加了si-dlc单层膜的摩擦磨损和耐蚀性。在刻蚀后LA91基体表面制备软硬交替的si-dlc多层厚膜,显微结构测试表明,该膜层具有典型的dlc非晶膜结构,力学性能测试结果表明,多层膜的设计提高了膜层显微硬度,达到158.1 HV,膜基结合性能有较大的提高;摩擦磨损和耐蚀性测试结果表明,多层膜设计提高裂纹扩散阻力,减少膜层中孔隙(特别是通孔)的数量,从而提高si-dlc膜层的耐磨性和耐蚀性。

关键词： LA91 si-dlc膜笼形空心阴极放电刻蚀力学性能耐腐蚀性能

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