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橡胶/类金刚石复合材料界面结合及摩擦性能研究进展

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表面技术 2023年第3期52卷 75-90页

作者：崔丽孙丽丽郭鹏李昊周靖远汪爱英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、浙江省海洋材料与防护技术重点实验室浙江宁波315201 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

综述了橡胶表面沉积DLC薄膜的主要制备技术,包括磁控溅射法和等离子体化学气相沉积法。概括了橡胶/DLC复合材料的表面形貌特性,尤其是温差对表面斑块结构的影响机制。重点介绍了X切割法、划痕法及拉伸法为主的橡胶/DLC复合材料界面结合... 详细信息

综述了橡胶表面沉积DLC薄膜的主要制备技术,包括磁控溅射法和等离子体化学气相沉积法。概括了橡胶/DLC复合材料的表面形貌特性,尤其是温差对表面斑块结构的影响机制。重点介绍了X切割法、划痕法及拉伸法为主的橡胶/DLC复合材料界面结合力的评估方法,分析了基体表面等离子体处理、添加过渡层及异质元素掺杂DLC薄膜对提升橡胶与DLC薄膜结合力的影响。此外,以刚性球为摩擦配副,阐述了橡胶/DLC复合材料的摩擦性能测试方法。基于橡胶的黏弹特性,探讨了橡胶/DLC复合材料的摩擦行为,并归纳了Maxwell模型、Voigt模型、双Voigt模型和SLS模型的特点和局限性。最后,围绕目前橡胶表面DLC薄膜耐磨改性工作中存在的问题和挑战,探讨和展望了未来的研究方向。

关键词：橡胶类金刚石薄膜斑块结构界面结合摩擦性能

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海洋环境钛金属的应用现状及其防护技术研究

表面技术 2023年第5期52卷 1-13页

作者：李金龙赖思颖董敏鹏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材料与防护技术重点实验室浙江宁波315201 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 云南大学材料与能源学院昆明650504

钛金属具有优异的耐海水和海洋大气腐蚀性能,因此在海洋装备中有广泛应用。但是钛金属在严酷海洋环境中应用表现出一些不足之处,如耐磨蚀性能差、易生物污损和电偶腐蚀等问题,严重影响了钛金属结构件的长寿命和安全可靠服役。介绍了钛... 详细信息

钛金属具有优异的耐海水和海洋大气腐蚀性能,因此在海洋装备中有广泛应用。但是钛金属在严酷海洋环境中应用表现出一些不足之处,如耐磨蚀性能差、易生物污损和电偶腐蚀等问题,严重影响了钛金属结构件的长寿命和安全可靠服役。介绍了钛金属在海洋环境中的应用现状,揭示了存在上述不足问题的本质原因。如海洋环境磨损与腐蚀的交互作用导致耐磨性能差的钛金属磨蚀损耗加剧,钛金属良好的生物相容性使其产生严重的生物污损,钛金属相比于其他金属具有较高的正电位,在介质环境中与异种金属偶接时作为阴极被保护从而加速偶接合金的腐蚀。鉴于钛金属优异的海洋耐候性,其在海洋环境中的应用必将越来越广泛,但是合适的表面处理和涂层防护是必不可少的。综述了国内外钛金属在海洋环境应用相关防护技术的研究现状,并对海洋环境中钛金属表面防护技术的发展方向和趋势进行了展望:金属陶瓷涂层和可控纳米结构氧化物陶瓷涂层是海洋环境钛金属运动部件耐磨蚀保护有效的技术手段;防污剂释放型和纳米缓释涂层技术是实现钛金属长效防生物污损很有前途的技术方法;钛金属表面低导电表面改性层的设计和制备可降低与其接触异金属的电偶腐蚀速度。

关键词：钛金属海洋环境耐磨性生物污损电偶腐蚀防护技术

多弧离子镀制备TiAlCN和TiAlN涂层的结构和摩擦磨损性能

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表面技术 2022年第4期51卷 139-148页

作者：段佳妮李文正赵春蕾赵远董敏鹏袁志威李金龙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省海洋材料与防护技术重点实验室浙江宁波315201 中国科学院大学材料科学与光电研究中心北京100049

目的对比研究TiAlCN和TiAlN涂层的结构、塑韧性、结合力和摩擦磨损性能。方法采用多弧离子镀技术制备了TiAlCN和TiAlN涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)研究了涂层的微观形貌、元素和物相组成。通过... 详细信息

目的对比研究TiAlCN和TiAlN涂层的结构、塑韧性、结合力和摩擦磨损性能。方法采用多弧离子镀技术制备了TiAlCN和TiAlN涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)研究了涂层的微观形貌、元素和物相组成。通过纳米压痕、纳米划痕、划痕测试仪和摩擦磨损实验研究了涂层的硬度、塑韧性、结合力和摩擦学性能。结果TiAlCN和TiAlN涂层表面均匀致密,有明显的柱状晶结构特征。TiAlN涂层的硬度(29.4±2.2)GPa大于TiAlCN涂层的硬度(22.5±1.1)GPa。TiAlCN涂层的H/E、H^(3)/E^(*2)、塑韧性和结合强度优于TiAlN涂层。大气环境摩擦时TiAlN和TiAlCN涂层的摩擦因数分别为0.80和0.38,TiAlCN涂层的摩擦因数远低于TiAlN。TiAlN和TiAlCN的磨损率分别为1.4×10^(‒5) mm^(3)/(N·m)和9.1×10^(‒6) mm^(3)/(N·m),TiAlCN涂层具有更低的磨损率。结论碳元素的掺入可以明显改善TiAlCN涂层的塑韧性和摩擦磨损性能,这主要归因于TiAlCN涂层优异的抗变形能力和无定形碳的润滑作用。

关键词：离子镀 TiAlCN TiAlN 结构硬度结合力摩擦磨损

MoS;/WS;复合薄膜的环境适应性和摩擦学性能研究

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中国机械工程 2022年

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海洋新材料与应用技术重点实验室中国科学院大学

湿热大气环境对MoS;润滑薄膜的摩擦学性能具有严重的劣化作用。本文采用非平衡磁控溅射技术成功制备出WS;掺杂MoS;复合薄膜，研究发现，MoS;基体中掺入少量WS;可以诱导MoS;沿（002）晶面择优生长，薄膜结构变得更加致密，显著抑制腐蚀...

湿热大气环境对MoS;润滑薄膜的摩擦学性能具有严重的劣化作用。本文采用非平衡磁控溅射技术成功制备出WS;掺杂MoS;复合薄膜，研究发现，MoS;基体中掺入少量WS;可以诱导MoS;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;/WS;复合薄膜展现出高盐雾耐蚀性、低摩擦系数和磨损率。成分优化的MoS;-1.6 at.% WS;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的低摩擦系数和3.80 × 10;mm;·N;·m;的低磨损率。

关键词：

聚醚醚酮与不同硬质涂层配副的摩擦学行为对比

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表面技术 2023年第6期52卷 246-255,360页

作者：周小卉孙丽丽蒋先春崔丽汪爱英崔平柯培玲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宁波315201 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浙江宁波315201 上海科技大学物质科学与技术学院上海201210 中国科学院大学北京100049

目的对比聚醚醚酮(PEEK)与不锈钢、CrN涂层、Cr/GLC多层涂层3种配副的大气环境摩擦学行为。方法采用多靶磁控溅射镀膜技术在17-4PH不锈钢基底表面制备CrN涂层和Cr/GLC多层涂层。采用摩擦磨损试验机和三维轮廓仪对配副摩擦因数和磨损率... 详细信息

目的对比聚醚醚酮(PEEK)与不锈钢、CrN涂层、Cr/GLC多层涂层3种配副的大气环境摩擦学行为。方法采用多靶磁控溅射镀膜技术在17-4PH不锈钢基底表面制备CrN涂层和Cr/GLC多层涂层。采用摩擦磨损试验机和三维轮廓仪对配副摩擦因数和磨损率进行测试,采用扫描电镜、拉曼光谱仪和显微红外光谱仪等方法,表征不同配副摩擦前后的表面物理化学状态,剖析涂层与PEEK配副的磨损机理。结果CrN涂层和Cr/GLC多层涂层均显著提高了不锈钢基底的摩擦性能,相较于PEEK与17-4PH不锈钢配副,CrN涂层和Cr/GLC多层涂层的摩擦因数都显著降低。此外,涂层的磨损率分别降低了93.1%、97.4%;对应PEEK配副的磨损体积也分别降低了35.1%和65.8%。在3种配副条件下,PEEK摩擦后均发生了芳香环的开放、取代、交联,以及不同程度的结晶度损失,结晶度的顺序为未磨PEEK>PEEK-Cr/GLC>PEEK-CrN>PEEK-17-4。结论CrN涂层的硬度、粗糙度较高,且缺少润滑,黏着磨损更显著,PEEK材料发生了大量转移,转移材料在减轻PEEK磨损的同时也阻止了结晶度的降低。PEEK与Cr/GLC多层涂层配副表现出最佳的耐磨损性能,主要归因于摩擦时PEEK结晶度的维持及GLC中富石墨相赋予涂层的低剪切润滑作用。

关键词：硬质涂层非晶碳石墨相聚醚醚酮摩擦结晶度

工作气压对管内壁沉积Si/O-DLC薄膜结构与性能的影响

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表面技术 2023年第6期52卷 439-449页

作者：许浩杰陈仁德周广学叶羽敏汪爱英宁波大学材料科学与化学工程学院浙江宁波315211 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宁波315201 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浙江宁波315201

目的探讨工作气压对管内等离子体放电光学现象以及Si/O-DLC(Si and O Incorporated DLC,Si/O-DLC)薄膜结构与性能的影响,为获得管内高质量、均匀的Si/O-DLC薄膜制备工艺技术提供指导。方法利用空心阴极等离子体增强化学气相沉积(Hollow ... 详细信息

目的探讨工作气压对管内等离子体放电光学现象以及Si/O-DLC(Si and O Incorporated DLC,Si/O-DLC)薄膜结构与性能的影响,为获得管内高质量、均匀的Si/O-DLC薄膜制备工艺技术提供指导。方法利用空心阴极等离子体增强化学气相沉积(Hollow Cathode Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,HC-PECVD)技术,通过改变工作气压在管内沉积Si/O-DLC薄膜。利用高速摄像机记录并对比不同工作气压下管内等离子体放电光学现象。通过SPM、XPS和Raman光谱仪表征不同工作气压下薄膜的三维立体表面形貌和微观结构,并利用SEM、纳米压痕仪以及划痕测试系统,对比研究管内Si/O-DLC薄膜的硬度、弹性模量、膜基结合力以及沿管轴向的薄膜厚度分布。结果随着工作气压的上升,管径向中心处亮斑面积和光强先增大增强后趋于缩小暗淡。在不同工作气压下,均能够在管内获得表面光滑的Si/O-DLC薄膜,粗糙度为3~10 nm。随着工作气压的上升,管内Si/O-DLC薄膜的平均厚度从1.42μm增大到2.06μm,且沿管轴向的薄膜厚度分布均匀度从24%显著提高到65%;不同工作气压下管内Si/O-DLC薄膜沿管轴向平均硬度呈先增大后减小的趋势,总体平均硬度可达(14±1)GPa。管内Si/O-DLC薄膜在工作气压上升到25 mTorr时获得较高的平均膜基结合力。结论改变工作气压能够显著影响管内壁Si/O-DLC薄膜的结构与性能,当工作气压为25 m Torr时,在管内获得均匀性最优、结合力较高的Si/O-DLC薄膜。

关键词：工作气压空心阴极等离子体增强化学气相沉积管内壁 Si/O-DLC 等离子体放电光学现象均匀性

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氮表面改性非晶碳基涂层的摩擦及腐蚀行为

表面技术 2022年第5期51卷 61-69页

作者：李昊郑贺李淑钰郭鹏孙丽丽柯培玲汪爱英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宁波315201 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浙江宁波315201 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 宁波甬微集团有限公司浙江宁波315033

目的在本征无氢非晶碳涂层表面进行掺N表面改性处理,研究其摩擦性能与海水腐蚀行为的演变规律,为海洋防护非晶碳涂层应用提供新思路。方法采用直流磁控溅射固体石墨靶制备非晶碳涂层,并在顶层进行N掺杂表面改性。改变Ar/N_(2)气流量比... 详细信息

目的在本征无氢非晶碳涂层表面进行掺N表面改性处理,研究其摩擦性能与海水腐蚀行为的演变规律,为海洋防护非晶碳涂层应用提供新思路。方法采用直流磁控溅射固体石墨靶制备非晶碳涂层,并在顶层进行N掺杂表面改性。改变Ar/N_(2)气流量比来控制顶层掺N量,调控沉积时间,控制涂层厚度一致。SEM用于观测涂层厚度与截面形貌,XPS和Raman光谱仪分别用于表征涂层N掺杂量和碳键结构。涂层力学性能和动态摩擦因数则通过连续刚度模式纳米压痕仪和球盘式摩擦实验机测试得到。采用含有三电极体系的Gamry电化学工作站测量涂层的动电位极化曲线、电化学交流阻抗谱等电化学性能。结果对无氢非晶碳涂层进行表面改性,随顶层改性N含量的增加,sp^(2)—C易与N结合,导致sp^(2)相含量降低。随着N含量的增加,涂层的力学性能逐渐提升,当N质量分数为21%时,硬度与弹性模量达到最大值,分别为11.71 GPa和284.28 GPa;但当N质量分数最小(12%)时,涂层的断裂韧性与抗弹塑性变形能力最优。由于顶层引入掺N层后,sp^(2)润滑相减少,涂层摩擦因数显著上升,且随N含量的增大逐渐增大。在顶层引入N掺杂量较少的改性层有利于提高非晶碳的耐蚀性,但随N含量的增大,涂层表面的孔隙增多,腐蚀溶液渗透加速,涂层的耐蚀性迅速恶化。结论顶层少量N掺杂有利于改善非晶碳基涂层的力学性能和耐蚀性能。N含量过高时,涂层性能随着N含量的升高逐渐恶化。在海洋关键零部件表面制备微量N掺杂改性的非晶碳涂层有利于提高其防护性能。

关键词：非晶碳摩擦腐蚀磁控溅射氮掺杂表面改性

碳含量对TiAlCN涂层结构和摩擦学性能的影响

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表面技术 2022年第3期51卷 76-85页

作者：刘克刘翔李金龙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 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浙江宁波315201 昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650093

目的探索制备摩擦因数低、硬度高、弹性模量高和耐磨性高的TiAlCN涂层。方法采用多弧离子镀技术在F690钢表面沉积具有不同碳含量的TiAlCN涂层。通过扫描电镜(SEM)、激光共聚焦显微镜、拉曼光谱仪、透射电子显微镜、X射线衍射仪(XRD)、... 详细信息

目的探索制备摩擦因数低、硬度高、弹性模量高和耐磨性高的TiAlCN涂层。方法采用多弧离子镀技术在F690钢表面沉积具有不同碳含量的TiAlCN涂层。通过扫描电镜(SEM)、激光共聚焦显微镜、拉曼光谱仪、透射电子显微镜、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压痕仪、往复式摩擦磨损仪和台阶仪对涂层的结构、硬度、弹性模量、摩擦磨损性能和磨痕形貌进行分析。结果碳含量对TiAlCN涂层的结构、硬度和摩擦学性能有比较明显的影响。涂层表面粗糙度会随着涂层中碳含量的增加而逐渐增大。此外,涂层的组成主要为fcc-TiN、fcc-TiC和hcp-AlN。随着涂层中碳含量的增加,涂层的晶粒取向由(111)变化为(200),同时涂层中的非晶含量也逐渐增加,涂层的纳米硬度和弹性模量也随之下降。碳的质量分数为15.57%的TiAlC80N320涂层具有36.21 GPa的硬度和430.15 GPa的弹性模量。在干摩擦条件下,TiAlC80N320涂层具有较低的磨损率,为2.85×10^(-6)mm^(3)/(N·m)。TiAlC160N320涂层具有较低的摩擦因数,但是具有较高的磨损率(4.31×10^(-6)mm^(3)/(N·m))。结论涂层中碳含量的增加会导致涂层中非晶含量的增加,涂层的硬度、弹性模量和耐磨性会随之降低,涂层的摩擦因数会降低。

关键词： TiAlCN涂层多弧离子镀纳米晶非晶摩擦因数

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一种链珠状SiO_2纳米线的制备及分析

无机材料学报 2016年第5期31卷 523-528页

作者：马洪兵白华薛晨陶鹏飞徐群峰江南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

实验通过硅粉和氯化钙盐高温处理,以熔融CaCl_2高温下产生的蒸气作为特殊的蒸发载体,在1300℃条件下通过热蒸发法在石墨基板表面获得了具有草坪状排列的特殊形状的纳米线。系列测试分析表明,该纳米线的直径为50~400 nm,长度约为几个微米... 详细信息

实验通过硅粉和氯化钙盐高温处理,以熔融CaCl_2高温下产生的蒸气作为特殊的蒸发载体,在1300℃条件下通过热蒸发法在石墨基板表面获得了具有草坪状排列的特殊形状的纳米线。系列测试分析表明,该纳米线的直径为50~400 nm,长度约为几个微米,且为面心立方结构。另外,系统分析显示传统的纳米线生长模型如气–液–固（VLS）生长机制不能很好地解释该二氧化硅纳米线在石墨纸上的生长过程,本文提出的一种增强的气–液–固生长机制,可以很好地解释上述纳米线的生长过程。

关键词：二氧化硅热蒸发草坪生长机制