固-液復(fù)合潤(rùn)滑技術(shù)是通過(guò)利用固體潤(rùn)滑材料與液體潤(rùn)滑材料間的協(xié)同效應(yīng),來(lái)提高潤(rùn)滑效果,改善極端工況下摩擦磨損的一種重要手段。類金剛石碳基薄膜（diamond-like carbon films,DLC films）具有硬度高、摩擦系數(shù)低、耐磨性好、化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是固體潤(rùn)滑膜的有力競(jìng)爭(zhēng)者。然而,由于DLC薄膜的表面能低、化學(xué)惰性大,使其難以與傳統(tǒng)添加劑發(fā)生反應(yīng)。金屬摻雜可以提高DLC薄膜表面活性,使添加劑更加容易吸附在摩擦副表面。傳統(tǒng)添加劑的設(shè)計(jì)針對(duì)金屬摩擦副,與DLC薄膜不匹配,且多為硫磷化合物污染環(huán)境,因此急需發(fā)展環(huán)境友好的針對(duì)DLC薄膜固-液復(fù)合潤(rùn)滑體系的潤(rùn)滑添加劑。本論文通過(guò)磁控濺射技術(shù)在高速鋼表面沉積了Ti-DLC薄膜、合成了烷基化氧化石墨烯,氮化碳和氧化石墨烯/氮化碳納米復(fù)合材料作為潤(rùn)滑添加劑,探討了Ti-DLC薄膜在潤(rùn)滑添加劑環(huán)境中的摩擦學(xué)行為及其協(xié)同潤(rùn)滑機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:（1）通過(guò)化學(xué)接枝法成功制備了烷基化的氧化石墨烯（GO-ODA）,氧化石墨烯基面的氧官能團(tuán)和十八胺（ODA）的氨基通過(guò)共價(jià)相互作用形成長(zhǎng)烷基鏈,促進(jìn)了其在PAO-6基礎(chǔ)油中穩(wěn)定分散性。... 

【文章來(lái)源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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sp3，sp2和sp1雜化鍵[15]

碩士學(xué)位論文3圖1.1sp3，sp2和sp1雜化鍵[15]類金剛石碳（Diamond-likecarbon,DLC）是一種含有相當(dāng)比例sp3鍵合的亞穩(wěn)態(tài)形式的非晶碳[16]。根據(jù)非晶碳基薄膜的sp3、sp2鍵和H含量可以繪制出類金剛石薄膜的三元相圖，見(jiàn)圖1.2。該圖不僅反映了DLC薄膜中sp3和sp2鍵的混雜特征，而且十分直觀地表現(xiàn)出幾種具體的碳膜之間的結(jié)構(gòu)差別。按照碳膜中sp3雜化碳原子含量、氫含量以及摻雜元素等，DLC薄膜分為以下幾類：無(wú)氫非晶碳（a-C）、含氫非晶碳（a-C:H）、四面體非晶碳（ta-C）、金屬摻雜非晶碳（a-C:Me）、四面體含氫非晶碳（ta-C:H）、金屬摻雜含氫非晶碳（a-C:H:Me）、改性含氫非晶碳（a-C:H:X）等[17]圖1.2非晶碳基薄膜的三元相圖[18]DLC薄膜處于熱力學(xué)非平衡狀態(tài)，其原子排列呈短程有序、長(zhǎng)程無(wú)序的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，短程有序的范圍很小，主要體現(xiàn)在DLC薄膜的sp3鍵和sp2鍵的混雜結(jié)構(gòu)。圖1.3描繪了由sp2、sp3和H組成的DLC薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖，整體上來(lái)看，類金剛石碳表現(xiàn)為典型的非晶結(jié)構(gòu)，除了氫原子與碳原子成鍵外，還有部分氫以原子或者分子的形式被

基于Ti-DLC薄膜的固-液復(fù)合體系摩擦學(xué)性能研究4嵌在碳基質(zhì)內(nèi)。此外，類金剛石碳膜內(nèi)部原子密度不均，有些地方會(huì)出現(xiàn)被稱為“自由體積”的微孔洞。目前主要有兩種類金剛石碳的結(jié)構(gòu)模型，一種完全限制無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型[19,20]和另一種兩相模型[21,22]。完全限制無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型的基本觀點(diǎn)是，在非晶態(tài)隨機(jī)共價(jià)網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)原子的平均抑制數(shù)與原子的機(jī)械自由度相等時(shí)，碳原子在無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)中形成足夠的交聯(lián)，則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)是被完全抑制的。當(dāng)配位數(shù)增加時(shí)，一方面，由于生成更多的共價(jià)鍵而降低了體系能量；另一方面，由于鍵長(zhǎng)和鍵角的畸變會(huì)導(dǎo)致額外的應(yīng)變能。當(dāng)平均抑制數(shù)等于網(wǎng)絡(luò)允許的自由度數(shù)時(shí)，這兩方面的效應(yīng)恰好相互抵消，從而使網(wǎng)絡(luò)處于穩(wěn)定狀態(tài)。這意味著一個(gè)非晶共價(jià)網(wǎng)絡(luò)只能支持有限量的鍵長(zhǎng)和鍵角畸變。因而，可以為a-C:H薄膜中的碳原子定義一個(gè)最佳的平均配位數(shù)，進(jìn)而對(duì)給定氫含量的a-C:H薄膜定義最佳的sp3/sp2鍵合比[23]。如果抑制數(shù)高于原子的自由度數(shù)，則該網(wǎng)絡(luò)就是過(guò)抑制的，薄膜就會(huì)具有高的硬度和內(nèi)應(yīng)力；反之，網(wǎng)絡(luò)就是欠抑制的，薄膜就會(huì)松軟。兩相模型也稱為團(tuán)簇模型，該模型認(rèn)為DLC薄膜由三配位的sp2雜化碳團(tuán)簇鑲嵌在四配位的sp3雜化基質(zhì)中構(gòu)成。四配位的sp3雜化碳可以形成高度交聯(lián)的三維碳網(wǎng)絡(luò)，而三配位的sp2雜化碳通過(guò)形成平面六邊的芳香環(huán)從而構(gòu)成類似于石墨層狀結(jié)構(gòu)的小團(tuán)簇，這些形成的小石墨團(tuán)簇則會(huì)在某一方向上作為端點(diǎn)而終止網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)兩相模型，sp3雜化碳決定了DLC薄膜的力學(xué)性質(zhì)，使得具有較高的硬度，sp2雜化碳決定其光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。由于該模型可以解釋很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果而得到了廣泛的應(yīng)用。圖1.3類金剛石碳薄膜的結(jié)構(gòu)模型[19]

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