化學(xué)氣相沉積（Chemical Vapor Deposition,CVD）金剛石薄膜具有良好的力學(xué)和化學(xué)性能,常被涂覆在機(jī)械密封環(huán)端面,以提升其密封性能。深入了解金剛石薄膜在不同工況下的摩擦學(xué)性能可以為金剛石涂層在機(jī)械密封環(huán)端面的成功應(yīng)用提供重要的理論依據(jù)。本文基于摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn),結(jié)合電子顯微鏡（SEM）、拉曼光譜儀、能譜儀和臺(tái)階儀等實(shí)驗(yàn)手段,研究了金剛石薄膜在不同工況環(huán)境（試驗(yàn)參數(shù)、含磨粒介質(zhì)、酸堿介質(zhì)和表面織構(gòu)形貌）條件下對(duì)氮化硅、碳化鎢材料的摩擦磨損性能,研究結(jié)果如下:1、摩擦試驗(yàn)參數(shù)對(duì)金剛石薄膜的摩擦學(xué)性能有顯著的影響。當(dāng)法向載荷從8 N增加到20 N時(shí),摩擦副會(huì)更快達(dá)到較低的摩擦系數(shù)穩(wěn)態(tài)值。這是由于載荷的增大會(huì)加劇金剛石薄膜表面局部的石墨化,從而優(yōu)化摩擦界面潤(rùn)滑性能。此外,當(dāng)摩擦轉(zhuǎn)速達(dá)到200-400 rpm時(shí),摩擦對(duì)的摩擦系數(shù)與對(duì)磨球的磨損率均達(dá)到最低值,分別為0.0758和4.48×10-4 mm3N-1m-1。這是由于當(dāng)轉(zhuǎn)速交變頻率增加時(shí),摩擦的快慢轉(zhuǎn)變會(huì)導(dǎo)致摩擦熱的散失,在一定程度緩解石墨化進(jìn)程從而削弱摩擦潤(rùn)滑性,進(jìn)而降低摩擦對(duì)的摩擦學(xué)性能。2、摩擦液的酸堿性、磨粒含量及... 

【文章來源】：華東理工大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１?ＣＶＤ金剛石生長(zhǎng)機(jī)理圖??Ｆｉｇ．?２．１?Ｇｒｏｗｔｈ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＣＶＤ?ｄｉａｍｏｎｄ??

號(hào)，通過相關(guān)軟件對(duì)其數(shù)據(jù)信號(hào)的處理，最終計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的摩??擦系數(shù)。通過對(duì)不同摩擦實(shí)驗(yàn)參數(shù)獲得的摩擦系數(shù)對(duì)比，為后續(xù)薄膜摩擦性能研究提??供依據(jù)。??２．４?ＣＶＤ金剛石摩擦界面表征分析??２．４．１表面形貌表征??掃描電子顯微鏡（ＳＥＭ）是一種用途較為廣泛的成像設(shè)備．已被廣泛用于通過提??高放大倍率，對(duì)比度和分辨率來確定表面特性的常本文主要通過電子顯微鏡對(duì)摩擦??前后金剛石薄膜表面的微觀形貌表征，從而可以為摩擦體系的磨損特性進(jìn)行分析，并??為金剛石薄膜的摩擦磨損機(jī)理提供論證。如圖２．２所示，這是ＮＣＤ與ＭＣＤ薄膜表面??典型的形貌特征。其中，ＮＣＤ表面呈現(xiàn)出明顯的花椰菜晶體狀態(tài)且晶粒取向無法辨別，??而ＭＣＤ具有尖銳晶粒棱角和輪廓明晰的形貌特征。??圖２．２沉積后的ＮＣＤ?（ａ）與ＭＣＩ）?（ｂ）薄膜的表面形貌??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＮＣＤ?ｆｉｌｍｓ?（ａ）?ａｎｄ?ｔｈｅ?ＭＣＤ?ｆｉｌｍｓ?（ｂ）??２．４．２?ＥＤＳ能譜分析??能譜儀（Ｅｎｅｒｇｙ?Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ?Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ?）是利用掃描電鏡中電子束的電子轟擊樣??品，從而誘導(dǎo)樣品原子的內(nèi)層電子能量發(fā)生改變而躍遷，同時(shí)釋放出特征Ｘ射線。因??為某一特征Ｘ射線的能量只代表該特定元素的特征，與元素的物理化學(xué)狀態(tài)幾乎完全??無關(guān)，因此可以根據(jù)不同能量的特征Ｘ射線即找出相對(duì)應(yīng)的元素。本文所使用的能譜??儀，可以分析樣品檢測(cè)區(qū)域所含有的對(duì)應(yīng)元素及元素質(zhì)量比。由于配備了計(jì)算機(jī)，因??

用于微電子、半導(dǎo)體、太陽(yáng)能、??薄膜、材料等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)納米級(jí)別表面二維形貌測(cè)量。其垂直分辨率最大１?Ａ；垂直范??圍０－１?ｍｍ，單次掃描長(zhǎng)度范圍小于５５?ｍｍ，而本次測(cè)試選擇掃描長(zhǎng)度為８?ｎｕｎ。通過??采用指針對(duì)樣品表面進(jìn)行劃線掃描，記錄下指針在垂直方面的坐標(biāo)位置的變化，這樣??再經(jīng)過信號(hào)傳輸?shù)诫娔X形成所測(cè)樣品的表面輪廓形貌。從而利用其表面形貌所獲得的??摩擦輪廓的尺寸參數(shù)，進(jìn)行薄膜的磨損率計(jì)算，從而判斷其摩擦磨損性能。??ＫＬ＾＾Ｖｅｎｃｏｒ?Ｄ－Ｊ２０??■?ａｅ??圖２．３臺(tái)階儀??Ｆｉｇ．?２．３?Ｓｔｅｐ?ｐｒｏｆｉｌｅｒ??２．５對(duì)磨球的形貌表征??２．５．１?ＳＥＭ形貌分析??本文除了對(duì)金剛石薄膜的摩擦前后的表面形貌進(jìn)行分析觀察，同時(shí)在激光織構(gòu)對(duì)??金剛石薄膜的摩擦學(xué)性能影響中也采用的電子顯微鏡對(duì)對(duì)磨球磨損面的形貌進(jìn)行表征。??通過了解掌握對(duì)磨球的磨損面形貌，可以分析其與金剛石薄膜在摩擦過程中是否有轉(zhuǎn)??移膜的生成，同時(shí)也可以通過磨損碎屑的形貌大小并結(jié)合著其光學(xué)顯微鏡下的磨損狀??態(tài)綜合判斷摩擦屬性。??


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