橡膠作為密封材料已在軸承和活塞密封中被廣泛應(yīng)用,但橡膠高的摩擦系數(shù)和磨損率使密封橡膠壽命縮短。采用磁控濺射技術(shù)在橡膠表面沉積超硬薄膜是一種可選方法,通過(guò)這種方法可以在幾乎不改變橡膠密封件體積尺寸的情況下獲得預(yù)期的橡膠表面性能。類金剛石(DLC)是一種超硬材料,通常是使用其涂覆于材料表面來(lái)提高材料的力學(xué)性能。直流磁控濺射技術(shù)因其工藝簡(jiǎn)單、沉積速率快,是一種在橡膠表面沉積DLC薄膜非常好的方法,但是其制備工藝將會(huì)很大程度地影響沉積DLC薄膜的性質(zhì),從而影響對(duì)橡膠改性增強(qiáng)耐磨性的效果。因此,想要使以橡膠為原料的密封件獲得更為長(zhǎng)效的壽命得以擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域,對(duì)濺射制備工藝的研究是重要且必要的。本論文以橡膠密封件常用的丁腈橡膠(NBR)為研究對(duì)象,在NBR上直流磁控濺射沉積DLC薄膜,主要研究了三個(gè)工藝參數(shù)對(duì)NBR上制備DLC薄膜的摩擦學(xué)性能影響以及NBR改性后的密封性能的變化。首先研究了氬氣濺射氣壓對(duì)DLC薄膜表面形貌、結(jié)構(gòu)、潤(rùn)濕性和摩擦學(xué)性能的影響。用原子力顯微鏡觀察和分析橡膠表面DLC薄膜的形態(tài)及其與氣壓的關(guān)系,采用拉曼光譜研究了 DLC薄膜的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)并用紅外光譜驗(yàn)證了薄膜結(jié)構(gòu)。用球盤摩擦法在干燥室溫環(huán)境條件、0.3 N的固定載荷下,進(jìn)行了摩擦學(xué)測(cè)試。結(jié)果表明通過(guò)改變薄膜沉積的氣壓,能夠調(diào)整其摩擦學(xué)特性以獲得低的摩擦系數(shù)。接著研究基底偏壓對(duì)NBR上制備的DLC薄膜的影響。采用X射線光電子能譜對(duì)DLC薄膜成分進(jìn)行了分析,并結(jié)合拉曼分析共同印證了 DLC薄膜材料的化學(xué)鍵合情況。利用納米壓痕儀對(duì)在不同基底偏壓下NBR表面沉積的DLC薄膜進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)DLC涂覆改性的NBR的硬度和楊氏模量均隨基底偏壓的增大而增大。摩擦學(xué)試驗(yàn)表明,在基底偏壓-200 V時(shí)沉積的DLC薄膜明顯地使NBR硬度提高,磨損率降低。然后研究了功率對(duì)NBR上制備的DLC薄膜的影響。斷面結(jié)構(gòu)使用掃描電子顯微鏡進(jìn)行分析,觀察評(píng)價(jià)了薄膜的致密性。測(cè)試發(fā)現(xiàn)高功率下制備的DLC薄膜厚度有所提高,且高的薄膜厚度能有效提高NBR的摩擦磨損性能。最后簡(jiǎn)要介紹了和表面粗糙度有關(guān)的定義,運(yùn)用臨界連通理論評(píng)價(jià)橡膠和硬表面接觸后發(fā)生泄漏的可能條件。借用乙醇液體的揮發(fā)性,自行設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)比評(píng)價(jià)了橡膠和涂覆DLC薄膜后橡膠的泄漏率。分析兩種不同的應(yīng)力與時(shí)間條件下的泄漏率,并與理論計(jì)算的結(jié)果相比較,確立了以楊氏模量和均方根粗糙度變化為相關(guān)因子的泄漏率評(píng)價(jià)理論體系。
【學(xué)位單位】：海南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TB306;TQ336.42
【部分圖文】：

圖３．２同壓ＮＢＲ上沉ＤＬＣ薄Ｒａｍａｎ５１４．５?ｎｍ，０．２??

可以看出Ｇ－ｐｅａｋ位置從大約１５４０?ｃｍ－１開(kāi)始略有增加，但ＩＤ／ＩＧ從１．０下降到??０．３。通常，Ｇ－ｐｅａｋ位置被認(rèn)為取決于鍵無(wú)序性和ｓｐ２環(huán)或鏈的存在：ｓｐ２鏈數(shù)量的增??加直接引起Ｇ－ｐｅａｋ位置增加（Ａ?Ｃ?Ｆｅｒｒａｒｉ?＆?Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ，?２０００）。Ｇ峰位置信息（圖３．３?ａ）??表明，ｓｐ２鏈的數(shù)量隨著氣壓的增加而增加，但鍵無(wú)序?qū)Γ欠逦恢玫挠绊懸膊蝗莺鲆暋??通常情況下，如果ｓｐ３鍵的比例超過(guò)２０％，那么在入射光波長(zhǎng)為５１４?ｎｍ的拉曼光譜??中，Ｉｄ／Ｉｇ應(yīng)該小于０．２?（Ａ?Ｃ?Ｆｅｒｒａｒｉ?＆?Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ，?２０００）。合成的ＤＬＣ薄膜的非晶化程??度屬于納米石墨到無(wú)定形碳之間的階段，其結(jié)構(gòu)主要由卷曲環(huán)狀構(gòu)型的ｓｐ２鍵組成（５、??６、７、８?碳原子環(huán)），ｓｐ３?鍵很少（如果有的話）（Ｂｅｅｍａｎ，１９８４；Ｇａｌｌｉｅ／ａ／．，?１９８９；Ｌｉ＆Ｌａｎｎｉｎ，??１９９０；?Ｓｔｅｐｈａｎ?ｅｔ?ａｌ．９?１９９４）〇??結(jié)合Ｉｄ／Ｉｇ趨勢(shì)（圖３．３ｂ）可以看出，隨著氣壓增加（ＡｎｄｒｅａＣａｒｌｏＦｅｒｒａｒｉ，２００２），ｓｐ２??環(huán)的存在減少，ｓｐ３鍵的數(shù)量增加。因此，在無(wú)氫和氫化ＤＬＣ沉積過(guò)程中，ｓｐ３鍵在??入射物質(zhì)擁有相對(duì)較高的動(dòng)能下更有利于形成。此外

?３．?４紅外光譜??ＦＴＩＲ光譜用于識(shí)別官能團(tuán)，并呈現(xiàn)出薄膜中各種鍵的不同振動(dòng)模式。圖３．４為??ＮＢＲ基體和在ＮＢＲ上沉積的ＤＬＣ薄膜的紅外光譜圖。在ＤＬＣ薄膜的光譜中都出現(xiàn)??了?１２４１?ｃｍ－１的峰（ｓｐ３?Ｃ－Ｃ），說(shuō)明ＤＬＣ膜中存在碳原子四面體結(jié)構(gòu)。在１６５０?ｃｍ—１的??一個(gè)弱峰表示Ｃ?＝?Ｃ的伸縮振動(dòng)�？梢杂^察到ＮＢＲ在１６５０?ｃｍ—１的峰比ＤＬＣ薄膜在??此位置的峰強(qiáng)，主要原因在于丁腈橡膠由順丁二烯構(gòu)成，其中包含非中心對(duì)稱Ｃ?＝?Ｃ。??重要的是，隨著沉積ＤＬＣ的氣壓增加，Ｃ?＝?Ｃ所反映的峰值強(qiáng)度逐漸減弱，與拉曼光??譜的結(jié)果相匹配（圖３．２）。此外，在？７２３?ｃｎｒ１的弱峰屬于類石墨碳平面外彎曲（Ｈｓｉｅｈ??ｄａ／．
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本文編號(hào)：2879827