【摘要】：機械密封在液壓傳動、泵、閥、反應(yīng)釜等設(shè)備中普遍使用。然而現(xiàn)有的摩擦副材料無法滿足其在苛刻環(huán)境下(海水環(huán)境)的密封要求,開發(fā)新材料、新技術(shù)勢在必行。本論文以非平衡磁控濺射技術(shù)在不銹鋼和單晶硅表面制備的高性能Cr/GLC碳基薄膜為研究對象,并進一步研究了該類石墨碳基薄膜與典型的金屬配副(316L、440C、Al、Ti、H62、GCr15)和陶瓷配副(Si3N4、SiC、WC、Al2O3、ZrO2)在模擬海水環(huán)境下的摩擦學(xué)行為;另外,利用等離子刻蝕技術(shù)與磁控濺射技術(shù)結(jié)合的方法在單晶硅表面構(gòu)筑織構(gòu)化Cr/GLC碳基薄膜,并研究在大氣、水和模擬海水環(huán)境下的摩擦學(xué)行為。為Cr/GLC薄膜在海水環(huán)境下配副選型和摩擦學(xué)性能的提高提供實驗依據(jù)和理論指導(dǎo)。系統(tǒng)研究了Cr/GLC薄膜與金屬配副(316L、440C、Al、Ti、H62、GCr15)和陶瓷配副(Si3N4、SiC、WC、Al2O3、ZrO2)在模擬海水環(huán)境中的摩擦學(xué)性能,結(jié)果表明:同等條件下,GLC薄膜與金屬配副的摩擦系數(shù)均介于0.083-0.179之間。GLC-Ti和GLC-H62的磨損機制為局部斷裂;另外,GLC-Al配副磨損機制為黏著磨損。GLC薄膜與陶瓷配副的摩擦系數(shù)在0.06-0.11之間。從GLC薄膜磨損形貌觀察GLC薄膜既無黏著磨損和也無局部斷裂磨損。與金屬配副相比,GLC薄膜與陶瓷配副對磨時,GLC薄膜表現(xiàn)更優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。利用等離子刻蝕技術(shù)在單晶硅表面刻蝕不同尺寸的微坑(5.5?m,1.5?m,600nm,none),將其作為基底,利用非平衡磁控濺射技術(shù)制備Cr/GLC碳基薄膜,研究在大氣、水和模擬海水環(huán)境下的摩擦學(xué)性能。在這三種環(huán)境下,織構(gòu)化Cr/GLC薄膜的摩擦系數(shù)由微坑尺寸的從大到小呈現(xiàn)先減小后增大的規(guī)律,尺寸為1.5?m織構(gòu)化Cr/GLC薄膜表現(xiàn)低摩擦的性能;在液體潤滑(水和模擬海水)狀態(tài)下,織構(gòu)化Cr/GLC薄膜的磨損由尺寸的從大到小呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,尺寸為600nm織構(gòu)化Cr/GLC薄膜表現(xiàn)低磨損。
[Abstract]:Mechanical seals are widely used in hydraulic transmission, pumps, valves, reactors and other equipment. However, the existing friction pair materials can not meet the sealing requirements in harsh environment (seawater environment), so it is imperative to develop new materials. In this thesis, the high performance Cr/GLC carbon based films deposited on stainless steel and monocrystalline silicon by unbalanced magnetron sputtering were studied. The tribological behaviors of the graphite carbon based films with typical metal pairs (316L / 440C) and ceramic pairs (Si3N4,SiC,WC,Al2O3,ZrO2) under simulated seawater environment were also studied. The textured Cr/GLC carbon based films were fabricated on the surface of monocrystalline silicon by the method of plasma etching and magnetron sputtering. The tribological behaviors in atmosphere, water and simulated seawater were studied. It provides experimental basis and theoretical guidance for selection of pair and improvement of tribological properties of Cr/GLC film in seawater environment. The tribological properties of Cr/GLC thin film and metal pair (316L ~ (440C) and ceramic pair (Si3N4,SiC,WC,Al2O3,ZrO2) in simulated seawater environment have been studied systematically, and the tribological properties of the metal pair (316L / 440C) and ceramic pair (Si3N4,SiC,WC,Al2O3,ZrO2) have been studied. The results show that the wear mechanism of GLC-Ti and GLC-H62 is local fracture when the friction coefficient between GLC film and metal pair is 0.083-0.179 under the same condition, and the wear mechanism of GLC-Al pair is adhesive wear. The friction coefficient of GLC film and ceramic pair is 0.06-0.11. The wear morphology of GLC films shows that there is neither adhesive wear nor local fracture wear in GLC films. The tribological properties of GLC film are better than that of GLC film and ceramic pair. Cr/GLC carbon based films were prepared by plasma etching technique on the surface of monocrystalline silicon with different size micropits (5.5 m ~ (-1) ~ (1.5) m ~ (-1) ~ (6) nm ~ (-1) none. The tribological properties in atmosphere, water and simulated seawater were studied by using unbalanced magnetron sputtering technique. In these three environments, the friction coefficient of textured Cr/GLC thin films decreases first from large to small and then increases from large to small. The size of 1.5m textured Cr/GLC films exhibits low friction performance, while in liquid lubrication (water and simulated seawater), the friction coefficient of textured Cr/GLC thin films decreases firstly and then increases. The wear of textured Cr/GLC films decreased first from large to small and then increased. The size of 600nm textured Cr/GLC thin films showed low wear.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P754.5

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本文編號：2239498