论文部分内容阅读
类金刚石(DLC)膜具有一系列的优点,在许多领域具有广泛的应用,因此正逐渐成为人们的研究热点,钛掺杂DLC膜使薄膜的硬度和弹性模量有所提高、表面粗糙度降低,综合摩擦学性能得以改善。本文利用离子束沉积/磁控溅射复合方法制备了钛掺杂类金刚石(Ti-DLC)膜,通过改变钛靶溅射电流获得了不同钛含量的掺杂DLC膜,研究了钛含量与Ti-DLC膜微观结构及力学性能的关系,并探讨了钛含量和摩擦条件对Ti-DLC膜摩擦磨损性能的影响。结果表明:(1)使用离子束沉积、磁控溅射复合方法制备的钛掺杂DLC膜具有典型DLC结构,不同钛含量的DLC膜表面形貌基本相同,表面都有一定缺陷,缺陷的尺寸为几百纳米左右。溅射电流小于3.5A时,Ti-DLC膜中钛元素含量缓慢增加;溅射电流增大到5.0A时,Ti-DLC膜中的钛含量显著增加;钛含量小于0.68at%时,钛含量对DLC膜sp3-C含量的影响不大,钛含量继续增大时,薄膜中sp3-C含量减小,并有TiC生成。Ti-DLC膜的纳米硬度和弹性模量随钛含量的升高略有提高;适量掺杂钛元素有利于改善Ti-DLC膜的断裂韧性。(2)在干摩擦条件下,DLC膜的摩擦系数随着载荷增加逐渐降低;钛含量小于0.68 at%的Ti-DLC膜随着载荷增加,磨损率变大,钛含量为23.3 at%的DLC膜在高载荷时的磨损率较低。随滑动速度增加,不同钛含量的DLC膜的摩擦系数和磨损率降低。在DLC膜中掺杂适量钛元素可降低薄膜的摩擦系数并改善其耐磨性,但钛含量超过一定值时,Ti-DLC膜磨损率随钛含量的升高而增大。(3)PAO、150SN基础油润滑条件下,Ti-DLC膜的磨损率随钛含量的升高而增大;MoDTC添加剂溶液润滑作用下,各类DLC膜的摩擦系数和磨损率基本保持不变;ZDDP和T307添加剂溶液润滑作用下,适量掺杂钛元素的DLC膜表现出最低的摩擦系数和磨损率。对非掺杂DLC膜,润滑油添加剂使DLC膜的减摩抗磨性能变差;对钛掺杂DLC膜,在基础润滑油加入润滑油添加剂会使薄膜的摩擦系数和磨损率有所降低,这对于高钛含量的DLC膜更为明显。各类润滑油添加剂中,含氮添加剂T307对Ti-DLC膜的减摩和抗磨性能表现得最为明显。