摻硅類(lèi)金剛石薄膜（Si-DLC）由于其優(yōu)異的耐磨性、低摩擦性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)惰性,近年被認(rèn)為是發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的獨(dú)特候選材料,常被用于工況較差的零件中。但Si元素含量的不同,在極大程度上影響Si-DLC薄膜的硬度、內(nèi)應(yīng)力、熱膨脹系數(shù)等理化特性,使薄膜擁有不同的摩擦學(xué)性能。擠壓抗磨添加劑二烷基二硫代磷酸鋅（ZDDP）,由于其優(yōu)異抗磨性能,多年來(lái)一直被用于汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)中�；诤暧^研究,ZDDP分子在摩擦界面由于壓力、熱量或者其他作用下誘導(dǎo)發(fā)生分解,生成玻璃態(tài)磷酸鹽,并逐漸從斑塊狀演變成連續(xù)的保護(hù)表面的摩擦反應(yīng)膜,從而降低磨損、粘結(jié),減少金屬和其他材料的直接接觸。要知道傳統(tǒng)的摩擦改性劑和抗磨添加劑是否能與SiDLC形成持久的薄膜,并有效地工作就顯得至關(guān)重要。現(xiàn)有宏觀表征技術(shù)無(wú)法以進(jìn)入滑動(dòng)界面,阻礙了對(duì)所起作用的摩擦學(xué)過(guò)程的研究。因此本實(shí)驗(yàn)擬采用不同硅含量的Si-DLC樣品,設(shè)計(jì)不同滑移次數(shù)、溫度、接觸應(yīng)力,通過(guò)使用原子力顯微鏡（AFM）進(jìn)行原位的摩擦實(shí)驗(yàn),并對(duì)摩擦反應(yīng)膜的生長(zhǎng)與性質(zhì)進(jìn)行原位分析,來(lái)探究Si元素的含量對(duì)于Si-DLC薄膜在ZDDP潤(rùn)滑性能的影響。研究結(jié)果表明:1)接觸應(yīng)力的增... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

sp3，sp2雜化C的結(jié)構(gòu)及DLC薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖

2類(lèi)金剛石薄膜由于其結(jié)合方式多樣性，導(dǎo)致了其具有多種多樣的存在形式，有些類(lèi)金剛石薄膜中含氫量可高達(dá)50at%（a-C:H），其他含氫量也可以小于1%（a-C）。Robertson等人（RobertsonJ，2002）對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究表明，DLC薄膜的結(jié)構(gòu)是由其sp3雜化鍵、sp2雜化鍵以及由于制備過(guò)程中摻雜的H元素之間形成的空間網(wǎng)絡(luò)決定的，如圖1-2所示（JacobW,1993）。DLC薄膜中的sp3雜化鍵形成四面體配位鍵,決定了DLC薄膜的彈性模量、硬度等力學(xué)性能；sp2雜化鍵形成三面體配位鍵，決定了DLC薄膜的光和電學(xué)性能等；H原子的存在會(huì)影響DLC薄膜中sp3和sp2雜化鍵的比例，從而導(dǎo)致薄膜的結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化。圖1-2DLC薄膜三元相圖Fig1-2.TernaryPhaseDiagramofDLCFilmsCasiraghiC等人（CasiraghiC，2005）采用Raman圖譜對(duì)類(lèi)金剛石薄膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，他們發(fā)現(xiàn)在Raman圖譜中，在兩個(gè)不同波數(shù)位置處出現(xiàn)了典型的雙峰結(jié)構(gòu)（D峰和G峰）的曲線(xiàn)，他們將這種曲線(xiàn)作為DLC薄膜的特征峰：sp2鍵對(duì)應(yīng)于1332cm-1處的D峰，sp3鍵對(duì)應(yīng)于1580cm-1處的G峰；且在1060cm-1處存在一個(gè)對(duì)應(yīng)C-C振動(dòng)的sp3峰。近十年來(lái)，類(lèi)金剛石碳薄膜由于其特殊的結(jié)構(gòu)及優(yōu)異的性能，在解決工程問(wèn)題方面具有廣闊的應(yīng)用前景，被用于許多技術(shù)應(yīng)用。而汽車(chē)工業(yè)目前被認(rèn)為是主要受益者中主，在發(fā)動(dòng)機(jī)部件表面涂覆DLC薄膜為汽車(chē)工業(yè)提供了顯著的改進(jìn)，特別是在降低因能量損失而導(dǎo)致的燃油消耗方面。DLC涂層可以減少摩擦，特別是在潤(rùn)滑不良的情況下。由于DLC涂層具有高硬度、高耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性，因此其耐磨性也得到了改善（SaikkoV，2001）。此外，在邊界潤(rùn)滑條件下，

5圖1-3Si-DLC薄膜在發(fā)動(dòng)機(jī)中使用實(shí)例:(a)氣缸套;(b)氣缸套放大圖;(c)活塞銷(xiāo)Fig.1-3ApplicationofSi-DLCfilminengine:(a)cylindersleeve,(b)enlargeddrawingofcylindersleeve,(c)pistonpinJiang等人（JinlongJ，2010）制備了6.8,3.6,2.2,1.0,0.5at.%五種不同Si含量的DLC薄膜，從AFM圖中可以得出，隨著DLC薄膜中Si含量的增加，薄膜的粗糙程度逐漸增大；從其摩擦系數(shù)圖中可以得出，當(dāng)Si含量相對(duì)較少時(shí)薄膜的摩擦系數(shù)隨著硅含量的增加而減少，而當(dāng)Si含量超過(guò)一定值之后，摩擦系數(shù)反而隨著Si含量的增加而增大。證明Si-DLC薄膜中Si的含量在很大程度上影響著薄膜的形貌及其表面性質(zhì)。圖1-4不同Si含量下Si-DLC薄膜表面AFM形貌圖:(a)6.8at.%;(b)3.6at.%;(c)2.2at.%;(d)1.0at.%;(e)0.5at.%（JinlongJ，2010）Fig.1-4AFMmorphologyofSi-DLCfilmswithdifferentSicontents:(a)6.8at.%;(b)3.6at.%;(c)2.2at.%;(d)1.0at.%;(e)0.5at.%(JinlongJ,2010)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]摻硅類(lèi)金剛石膜的摩擦學(xué)性能研究[J]. 蘭惠清,崔俊豪,加藤孝久.  真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào). 2011(01)
[2]磷摻雜類(lèi)金剛石薄膜的制備與性能研究[J]. 王進(jìn),Sunny C.H.Kwok,陳俊英,楊萍,黃楠,P.K.Chu.  真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào). 2005(02)



本文編號(hào)：3529007