氧化鉻薄膜摩擦磨損行為的尺度效應及機理研究

《氧化鉻薄膜摩擦磨損行為的尺度效應及機理研究》是依託北京科技大學，由龐曉露擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：氧化鉻薄膜摩擦磨損行為的尺度效應及機理研究
• 依託單位：北京科技大學
• 項目負責人：龐曉露
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

伴隨著微電子元器件與微機電系統的小型化，摩擦磨損實驗參數的尺寸效應、材料及系統結構的尺寸效應日益考驗著傳統的摩擦學理論。完善和建立適應尺度效應的新摩擦學理論體系成為當前材料學和摩擦學科技工作者研究的重大課題。本課題以脆性氧化鉻薄膜為載體，通過工藝控制得到不同的晶粒尺敬斷汽寸、晶體取向、薄膜厚度、表面粗糙度等，以摩擦磨損測試儀，納歡贈主米力學測試系統，原子力顯微鏡等為手段，分別研究薄膜遙習端的結構、力學性能與不同尺度下摩擦磨損性能之間的對應關係，建立不同尺度下摩擦磨損性能與薄灶立敬盼膜的結構和力學性能之間的理論模型，並研究水介質對氧化鉻薄膜宏、微觀摩擦磨損性能的影響及其機理。進照組射轎而，明確闡述脆性薄膜摩擦磨損行為的尺度效凶協和應及作用機理，為微電子和微機械的設計、安全使用和評估提供理論基礎和數據支持，同時進一步推動新的摩擦學理論體系建立。

結題摘要

本項目研究了脆性薄膜材料的製備、結構表征、力學性能測試及摩擦磨損性能之間的關係。研究表明在微觀磨損條件下水環境中薄膜的摩擦係數較空氣中有所提高，耐磨性下降明顯，與巨觀摩擦磨損結果不同。當水分子到達界面參與界面反應時，薄膜與基體的粘結強度顯著降低。相對濕度顯著的影響氧化鉻薄膜的巨觀磨損性能，隨著相對濕度的增大，薄膜的摩擦係數明顯降低，磨損率也隨之減小。在磨損過程中，水分子與薄膜發生摩擦化學反應，生成氫氧化鉻的反應膜，有助於改善磨損狀態。同時考慮到氧化鉻薄膜的局限性，我們還開展了其它脆性薄膜材料摩擦磨損性能及摩擦腐蝕性能研究，例如，研究了有無支撐層的類金剛石薄膜的巨觀摩擦磨損行為，研究表明支撐層的存在顯著改善複合膜的耐摩擦磨損性能和結合強度；研究了不同環境下氮化鈦薄膜的巨觀摩擦磨損及摩擦腐蝕行為研究，研究表明氮化鈦在大氣中的摩擦磨損較人工汗液和人工唾液嚴重，主要是由於液體的潤滑作用，大氣和液體潤滑下摩擦促民磨損的機制不同，在人工汗液和人工唾液環境中不僅是磨粒磨損還有腐蝕磨損。還研究了離子注入對鈷鉻鉬表層結構及力學性能的改變，系統研究了表面結構的變化與摩擦磨損性能及摩擦腐蝕性能之間的關係。