評(píng)述了類金剛石基（DLC、a-C）、非晶氮化碳基（a-CNx）、過(guò)渡金屬氮化物基（TiN、CrN）及其改性納米復(fù)合薄膜的水潤(rùn)滑摩擦學(xué)性能,分析了微觀結(jié)構(gòu)、梯度結(jié)構(gòu)、元素?fù)诫s、對(duì)磨材料及摩擦參數(shù)對(duì)其水潤(rùn)滑摩擦磨損性能的影響,并揭示了水潤(rùn)滑中納米復(fù)合薄膜存在的摩擦磨損機(jī)制,指出了三種納米復(fù)合薄膜體系在水潤(rùn)滑中均可表現(xiàn)出優(yōu)異的減摩抗磨特性,但與薄膜成分、層狀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及對(duì)磨材料物理化學(xué)性能密切相關(guān)。一般而言,相比于過(guò)渡金屬氮化物基薄膜,類金剛石基及非晶氮化碳基薄膜由于在水潤(rùn)滑中形成轉(zhuǎn)移層和水合潤(rùn)滑層而呈現(xiàn)出更低的摩擦系數(shù)和磨損率。當(dāng)選用的對(duì)磨材料易于發(fā)生摩擦水合反應(yīng)時(shí),形成的水合層起到的保護(hù)作用使得納米復(fù)合薄膜均表現(xiàn)出了更低的磨損率。在保證薄膜未發(fā)生剝落而失效時(shí),適當(dāng)?shù)丶虞d載荷和滑移速度也是獲得最優(yōu)水潤(rùn)滑摩擦學(xué)性能的關(guān)鍵因素。為薄膜應(yīng)用在水潤(rùn)滑器械作業(yè)提供了一定的參考,并展望了納米復(fù)合薄膜水潤(rùn)滑摩擦學(xué)未來(lái)的研究方向。 

【文章來(lái)源】：表面技術(shù). 2020,49(06)北大核心EICSCD

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a-C及Cr/a-C與不同對(duì)磨副的平均穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)

根據(jù)不同的碳源（石墨或碳?xì)錃怏w），DLC薄膜分為無(wú)氫DLC(a-C）和氫化DLC:H(a-C:H）兩類。Ronkainen等[5-6]利用射頻等離子體輔助化學(xué)氣相沉積（rf-PACVD）和真空弧放電沉積，在AISI 440B不銹鋼上制備了a-C:H(H原子數(shù)分?jǐn)?shù)為30%）和a-C薄膜，發(fā)現(xiàn)在水潤(rùn)滑條件下，a-C:H薄膜發(fā)生了嚴(yán)重的磨損失效，而a-C/α-Al2O3摩擦副的摩擦系數(shù)僅為0.03且薄膜幾乎無(wú)磨損（圖2），類似的結(jié)論同樣被文獻(xiàn)[7]報(bào)道。然而，并不是所有的DLC:H(a-C:H）薄膜在水潤(rùn)滑中均會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損失效。利用電解淀積和非平衡磁控濺射制備的DLC:H薄膜，不僅在水潤(rùn)滑中保持完好[8-9]，而且通過(guò)降低電解溶液中乙腈的含量（10%～90%），反而提高了DLC:H薄膜的減摩抗磨能力[8]。Suzuki等[10]指出熱電子激發(fā)等離子體化學(xué)氣相沉積制備的DLC:H薄膜與AISI440C球在水中的摩擦系數(shù)（0.07）和磨損率（10-8～10-9 mm3/(N?m)）與薄膜中的含氫量無(wú)關(guān)（圖3）。此外，脈沖直流放電制備的DLC:H薄膜與316L在水潤(rùn)滑中的摩擦系數(shù)比油潤(rùn)滑的低了0.01[11]。而根據(jù)T.F.Zhang等[12]的研究結(jié)果表明，擁有飽和sp3-CH鍵的DLC:H薄膜在水潤(rùn)滑環(huán)境下具有較低的摩擦系數(shù)，若DLC:H薄膜中有較多的不飽和sp2&sp1-CH鍵，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，從而在水潤(rùn)滑環(huán)境下表現(xiàn)出較高的磨損率。由此可見(jiàn)，DLC薄膜含氫與否對(duì)其水潤(rùn)滑摩擦學(xué)性能確實(shí)存在影響，且DLC(a-C）在水潤(rùn)滑中的摩擦系數(shù)和磨損率一般均低于DLC:H(a-C:H)[5,13-14]，但是仍然取決于不同的制備方法。圖3 DLC:H的磨損率（A:25at.%H,B:29at.%H,C:37at.%H,D:44at.%H)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]不同環(huán)境條件下鋁合金微弧氧化陶瓷膜的摩擦磨損性能[J]. 王遠(yuǎn),王美玲,周飛,丁紅燕,戴振東.  中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào). 2007(08)
[2]碳基薄膜水潤(rùn)滑性能的研究進(jìn)展[J]. 周飛,戴振東,加藤康司.  潤(rùn)滑與密封. 2006(07)
[3]水潤(rùn)滑軸承材料設(shè)計(jì)[J]. 王海寶,楊大壯,吳光潔.  潤(rùn)滑與密封. 2002(03)
[4]關(guān)于我國(guó)摩擦學(xué)發(fā)展方向的探討[J]. 張嗣偉.  摩擦學(xué)學(xué)報(bào). 2001(05)
[5]以水為潤(rùn)滑介質(zhì)的摩擦副關(guān)鍵問(wèn)題研究[J]. 王家序,陳戰(zhàn),秦大同.  潤(rùn)滑與密封. 2001(02)

博士論文
[1]碳/氮基薄膜結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及水環(huán)境中摩擦與腐蝕特性研究[D]. 王謙之.南京航空航天大學(xué) 2013

碩士論文
[1]鋁合金表面微弧氧化陶瓷膜及改性層的摩擦學(xué)性能研究[D]. 王遠(yuǎn).南京航空航天大學(xué) 2007



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