摩擦副表面物化特性对纳米级膜厚的影响

为研究固体表面物理化学特性对 nm级润滑膜厚度的影响 ,以铝、铬、钛和二氧化钛作为基体表面材料 ,采用NGY- 2型 nm级膜厚测量仪 ,对 136 0 4标准粘度液、添加有10 %十六酸乙酯的 136 0 4溶液和液体石蜡的膜厚进行了测量 ,并利用 Fourier红外分析仪对润滑剂在实验前后的成分变化进行了检测。红外光谱数据表明 ,不同基体下 ,润滑剂在实验前后的化学成分没有发生变化。膜厚测量结果发现 ,基体的表面物理化学性质对润滑膜厚度有较大影响 ,对基体Al,Cr,Ti,Ti O2 ,弹流润滑向薄膜润滑的转变的临界膜厚按基体表面能增大的顺序依次增大。该研究为处于薄膜润滑状态的润滑系统摩擦副的设计提供了理论基础     

铝金属薄膜上制备OTS自组装分子膜的摩擦学特性

为研究铝金属薄膜上三氯十八硅烷(OTS)自组装分子膜的摩擦学特性,采用自组装的方法在铝金属薄膜上制备OTS自组装分子膜,分析了纳米尺度和毫牛尺度下载荷、滑动速度以及紫外照射对薄膜摩擦学特性的影响.结果表明:制备的OTS自组装分子膜具有疏水特性和良好的润滑性能.紫外照射5 min后,自组装分子膜摩擦力降低;紫外照射15 min时,自组装分子膜的网状结构受到破坏,减弱了润滑效果.在纳米尺度和毫牛尺度下,摩擦力随载荷和滑动速度的增大而增大;铝金属薄膜摩擦系数降低时,自组装分子膜磨损显著降低,摩擦副的耐久性略有提高.     

自适应微摩擦综合测试仪的研制与纳米润滑实验研究

描述了作者研制的自适应微摩擦综合测试仪的基本原理。采用多用途自适应浮动结构、精密刀口杠杆加载结构和摩擦力精密测量系统,可精确地加载和测量ｍＮ量级的摩擦力。研究纳米膜在各种润滑方式下的摩擦学性能,同时采用相对光强光干涉法,检测纳米级的润滑膜厚以及润滑状态的变化。以１０＃标准粘度液作润滑剂,分别用面接触浮动润滑副和点接触浮动润滑副作实验,研究了其摩擦因数和润滑膜厚度随载荷、速度和运动方式（点接触纯滑动和纯滚动）的变化规律,并验证了仪器的实验性能。     

衬底对直流磁控溅射制备TiO2薄膜结构和形貌的影响

在气压为1Pa和2Pa的情况下,文章采用直流磁控溅射法分别在Si(100)、Al2O3陶瓷、普通载玻片3种衬底上生长TiO2薄膜;利用原子力显微镜对TiO2薄膜的表面形貌进行观察,研究了压强及衬底对薄膜表面形貌的影响。并研究表明,在Si(100)衬底上生长的TiO2薄膜,气压为2Pa时比1Pa时表面粗糙度要大;在相同溅射气压下,Si(100)衬底上得到的TiO2薄膜质量明显优于Al2O3陶瓷和普通载玻片衬底上的。     

弹性流体动力润滑状态下滚动轴承摩擦的分析

基于非牛顿弹性流体动力润滑(弹流润滑)点接触问题的数值求解方法,对深沟球轴承滚动体与滚道椭圆接触的稳态与瞬态润滑问题进行了分析.依据油膜压力与油膜厚度的数值计算结果,讨论了接触表面粗糙度、表面几何形态(粗糙表面峰谷高度)、滑滚比、接触力以及滚动速度等参数的改变对润滑深沟球轴承摩擦系数的影响.结果表明:表面粗糙度的改变对摩擦系数的影响较小;粗糙度一定时,表面几何形态的差别对摩擦系数影响较小;摩擦系数随着滑滚比的提高而增大;接触力与滚动速度的提高导致摩擦系数增大.     

射频PECVD方法生长含氢非晶碳膜的结构及摩擦学性能

利用射频等离子体增强化学气相沉积技术在不锈钢表面制备了含氢非晶碳膜.采用Raman光谱、红外光谱、X射线光电子能谱和原子力显微镜等研究了薄膜的微观结构和表面形貌,在栓盘摩擦磨损试验机上考察了薄膜在不同载荷与滑动速度下的摩擦学性能.结果表明:所制备的含氢非晶碳膜具有典型的类金刚石结构特征,薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;薄膜与不锈钢球对磨时显示出良好的抗磨减摩性能;薄膜的抗磨减摩性能同对磨件表面上形成的转移膜以及摩擦过程中薄膜结构的石墨化相关.     

冷轧过程中的混合润滑特性

基于Christensen的表面粗糙峰分布假设,以轧制理论、流体力学理论为基础建立了考虑表面粗糙度的冷轧混合润滑模型,并提出了混合润滑摩擦状态约束关系式用来判别摩擦状态.对不同条件下油膜厚度、接触面积比、压应力及摩擦应力分布情况进行了仿真分析.结果表明:随着压下率的增加,油膜变薄、界面接触面积比增加、应力增大;同时,表面粗糙度对界面接触面积比及应力分布有较大影响,粗糙度增加,界面接触面积比增加,压应力及摩擦应力均增加.较高的润滑液黏度或轧制速度可以有效地降低轧制界面摩擦力及轧制力.     

超薄膜流体摩擦的微观机制

为揭示超薄膜的特性与其微观结构的关系 ,运用分子动力学模拟的方法进行了研究。模拟系统采用云母晶面作为固体壁面 ,十六烷采用珠簧模型。模拟表明 ,超薄膜状态下流体出现了层状的类固态微观结构。采用固液比作为类固态与类液态的比例指标 ,发现等效粘度的上升是薄膜流体类固化造成的。模拟发现了摩擦力的非线性特性 ,这种非线性与超薄膜微观结构的变化具有较好的对应性     

内燃机缸套-活塞系统摩擦学与动力学行为耦合分析

建立了内燃机缸套—活塞系统油膜润滑与动力学行为的耦合分析模型，并用数值方法对单缸四冲程内燃机进行了仿真分析。在分析中同时考虑了活塞二阶运动和缸体振动对缸套—活塞间油膜润滑的影响。缸体结构振动响应用有限元法来计算，缸套和活塞间的流体润滑计算通过有限差分法求解平均雷诺方程进行，其中考虑了微凸体接触的作用。在考虑缸套—活塞油膜润滑与缸体结构振动、活塞二阶运动耦合作用的情况下，计算出了缸套—活塞间润滑油膜的最小油膜厚度、摩擦力、摩擦功耗等，同时也分析了活塞二阶运动的变化。通过与不考虑缸体振动时的相应结果对比表明：考虑缸体的结构振动后，缸套—活塞间的摩擦力和摩擦功耗减小，油膜厚度、活塞的二阶运动位移及速度增大。     

滑靴副润滑油膜成膜特性的理论与试验研究

为使滑靴副具有良好的摩擦性能,应使滑靴副处于全膜润滑状态. 通过耦合流体动力润滑方程、膜厚方程、任一点速度方程、流量平衡方程以及滑靴所受的力和力矩平衡方程,建立了滑靴的摩擦动力学模型,设计了滑靴副模型试验装置,仿真分析与试验研究了工作转速与压力对滑靴副油膜特性(中心膜厚、最小膜厚以及倾斜方位角)的影响. 仿真与试验结果表明,滑靴副的油膜厚度随工作转速的升高而增大,但增大趋势逐渐变缓;滑靴副油膜厚度随工作压力的升高而减小;低速高压下,滑靴副易处于混合润滑状态.      

溶胶-凝胶法制备ZnO及Fe掺杂ZnO薄膜及其表征

采用溶胶-凝胶法在玻璃基体上制备了ZnO和Fe掺杂ZnO薄膜,并通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪和紫外-可见分光光度计对所制备薄膜的表面形貌、结构和光学性能进行分析。结果表明,2种薄膜均表面光滑,为沿(101)晶面取向的纤锌矿结构;与ZnO薄膜相比,Fe掺杂ZnO薄膜表面更光滑,且晶粒尺寸从58.512nm减小到36.460nm;另外,Fe掺杂后,沿(101)晶面的取向程度减弱,且禁带宽度由3.1eV增大到3.4eV。     

5,10,15-三对氯苯基-20-邻(α-氧基硬脂酸)苯基卟啉Langmuir-Blodgett膜的性质研究

研究了具有双亲性的5,10,15-三对氯苯基-20-邻(α-氧基硬脂酸)苯基卟啉(TSPP)在气-液界面上的成膜性能,制备了不同层数的TSPP LB膜.利用UV-vis分光光度计,小角x射线衍射,原子力显微镜等方法,研究了膜的表面形貌及卟啉分子在膜中的排列取向及相互作用.实验结果表明:双亲性的5,10,15-三对氯苯基-20-邻(α-氧基硬脂酸)苯基卟啉(TSPP)在气液界面上具有良好的成膜性能,制备的单层和多层LB膜性能稳定并具有良好的纵向均匀性和结构周期性.在旋转涂得的薄膜上,TSPP分子以聚集体的形式分散分布,未聚集的TSPP分子形成的薄膜,表面分布着大量针孔状的缺陷;LB膜表面平整均匀,TSPP分子的环平面紧密地排列在一起以羧基为支撑点垂直“站立”在基片平面上,分子侧链与基片平面成52.3°角排列.     

磺化聚苯乙烯/二氧化钛有序交替纳米复合多层膜的制备、结构表征及其微观摩擦学行为

利用离子自组装技术在石英片表面制备了TiO2/PSS有序交替的层状纳米多层膜.采用透射电子显微镜、接触角测量仪和原子力显微镜对所制备的TiO2溶胶粒子和TiO2/PSS有序纳米多层膜进行了结构表征并研究了其微观摩擦学性能.结果表明:摩擦力随着薄膜层数的增加而减小.     

3-巯丙基三甲氧基硅烷自组装膜的制备及其摩擦学性能

采用分子自组装技术在羟基化的玻璃基片表面制备了3-巯丙基三甲氧基硅烷单层膜(MPTS-SAM),运用原子力显微镜(AFM)观察了薄膜的表面形貌,使用X射线光电子能谱仪(XPS)分析了薄膜表面典型元素的化学状态,并运用静-动摩擦系数测定仪评价了薄膜的摩擦磨损性能.研究结果表明:在组装初期,硅烷水解产物主要是与基体表面的羟基发生聚合反应,表面出现岛状物;随着组装时间的增加,基体表面的有机硅烷分子之间发生聚合反应,当组装90min后,可以在基体表面形成完整的自组装薄膜.当组装MPTE-SAM后,基片表面的摩擦系数由无膜时的0.85降到了0.19,说明MPTE-SAM可以降低基片的摩擦系数,并且在较低载荷下具有较好的耐磨性能.     

牙轮钻头滑动轴承仿生鲨鱼皮织构化表面润滑性能

牙轮钻头在超深井和大水平井的使用受到广泛关注,由于地层环境复杂化,为了使牙轮钻头有更高的稳定工作性。通过对合金材料表面织构化处理减摩效果的研究,结合鲨鱼皮减阻润滑的优势,针对牙轮钻头薄弱环节滑动轴承摩擦结合面进行了仿生鲨鱼皮织构化处理,基于所选取仿生织构的形貌参数构建滑动轴承流动润滑理论模型,采用有限差分法求解,获取润滑油的油压分布、承载能力及滑动轴承摩擦力,并探究阶跃冲击载荷下滑动轴承动压油膜的响应情况。结果表明：牙轮钻头滑动轴承流体润滑状态下,深径比大于0.3且面积率大于0.25的仿生表面织构对油膜承载力有增强效果;仿生表面织构在较低油膜压力下对油膜摩擦力影响突出,油膜摩擦力提高了14.12%;偏心率越大仿生表面织构对油膜承载力的提升效果越好,在偏心率为0.8时承载力提高效果达到200.45%;同时仿生织构的对滑动轴承流体润滑的轴向稳定性有提升效果。牙轮钻头滑动轴承仿生织构化处理有效地改善了滑动轴承润滑性能。可见,合适的织构尺寸能进一步提高滑动轴承处于流体润滑的适用工况范围,提高牙轮钻头的使用寿命。     

基体温度对磁控溅射TiN薄膜结构与力学性能的影响

采用直流反应磁控溅射方法在304不锈钢表面沉积TiN薄膜.利用场发射扫描电镜、X射线衍射仪和纳米压痕仪研究基体温度对TiN薄膜结构与性能的影响.结果表明:TiN薄膜为柱状结构,表面平整、致密.薄膜为面心立方结构(fcc)TiN并存在择优取向,室温和150℃时薄膜为(111)晶面择优取向,300和450℃时薄膜为(200)晶面择优取向;室温时薄膜厚度仅为0.63μm,加温到150℃后膜厚增加到1μm左右,但继续加温对膜厚影响不明显;平均晶粒尺寸随着基体温度的升高略有上升;薄膜的硬度、弹性模量和韧性(H3/E*2)随基体温度的升高而增加,最值分别达到25.4,289.4和0.1744GPa.     

衬底对沉积类金刚石薄膜结构和摩擦学性能的影响

利用直流-射频等离子化学气相沉积技术在玻璃、硅和钢表面沉积得到了薄膜,并用拉曼光谱和原子力对薄膜的结构和形貌进行了表征,用静动摩擦实验机对薄膜的摩擦学性能进行了测试．结果表明：沉积在硅和钢表面的薄膜具有典型类金刚石薄膜的特征,而沉积在玻璃表面的薄膜呈现类聚合物结构的特征,且沉积在玻璃表面的薄膜具有比较粗糙的表面,而沉积在硅表面的薄膜则比较光滑致密．摩擦学实验表明,沉积在硅表面的薄膜具有良好的摩擦学性能．     

MPTS/MPTES复合自组装薄膜的制备及摩擦磨损特性分析

采用分子自组装技术,在单晶硅表面制备3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTS)、3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MPTES)薄膜以及MPTS/MPTES复合自组装薄膜,利用原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱仪（XPS）及接触角测定仪对MPTS/MPTES复合薄膜的结构进行分析,并采用DF PM型动/静摩擦系数精密测定仪评价其摩擦磨损性能.结果表明,与MPTS薄膜和MPTES薄膜相比,MPTS/MPTES复合薄膜具有优异的疏水性和摩擦磨损性能,其原因在于MPTS/MPTES复合薄膜的分子体积较大并具有可移动性和特殊的柔韧性,其基底附近呈现出类似于固体紧密排列的结构并具有一定的刚性和承载能力.     

Nanotribological behaviors of in situ nanoparticles doped molecular deposition films

The molecular deposition films of poly （diallyl dimethylammonium chloride） （PDDA） and poly （acrylicacid） （PAA） with Cu2＋ on quartz and glass substrates were prepared in laboratory first, then different bilayers films were dipped into fresh Na2S aqueous solution. As a result, CuS nanoparticles were fabricated in multilayer molecular deposition films in situ. The structure and nanotribological properties of the composite films were analyzed by ultraviolet-visible （UV-visible） spectroscopy, XPS and atomic force microscope （AFM）. It was found that the CuS nanoparticles were homogeneously distributed throughout the whole film. And these films had a much smaller friction force than their substrates and higher antiwear life than pristine PDDA/PAA molecular deposition films. The fluctuation and variation trend of the topography, hardness, and friction with the AFM indentation length were also investigated.     

基底偏压对氮化硼薄膜场发射特性的影响

利用射频磁控溅射方法, 在n型（100）Si（0.008～0.02 Ω·m）基底上沉积了氮化 硼（BN）薄膜. 红外光谱分析表明, BN薄膜结构均为六角BN（h-BN）相. 在超高真空系统中 测量了BN薄膜的场发射特性, 发现BN薄膜的场发射特性与基底偏压关系很大, 阈值电场随基 底偏压的增加先增加后减小. 基底偏压为-140 V时BN薄膜样品场发射特性要好于其他样品, 阈值电场低于8 V/μm. F~N曲线表明, 在外加电场的作用下, 电子隧穿BN薄膜表面势垒发射 到真空.