《水潤滑系統中高承載非晶碳基薄膜的研究》是依託上海大學，由吳行陽擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水潤滑系統中高承載非晶碳基薄膜的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳行陽
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
採用無毒、無味、環境友好且儲量豐富的水為介質的水潤滑系統，作為一項新興的綠色潤滑技術，在工程機械、船舶、汽車、電力、機械加工、食品加工等領域有著廣闊的套用前景，越來越受到國內外的關注。但由於水缺乏潤滑性能，極大地限制了水潤滑系統的推廣套用。非晶碳基薄膜在水中具有優異的減摩耐磨性能，是水潤滑系統中的理想材料之一。然而，在水中的摩擦容易導致薄膜的局部剝落，引起潤滑失效，薄膜缺乏足夠的承載能力。進一步提高薄膜的承載力是加速實現其套用進程的關鍵所在。本項目擬採用濺射、反應濺射或多源濺射與RF-CVD相結合的方法，用雙或多功率源來沉積梯度過渡層和非晶碳基薄膜，系統研究沉積方法、工藝條件與過渡層和薄膜的組成、物理和力學性能及其水中承載力的相關性，進一步揭示非晶碳基薄膜的剝落機理，建立沉積梯度過渡層和碳基薄膜的統計模型，為提高該類薄膜的承載力提供新的解決方法和理論指導。
結題摘要
非晶碳基薄膜在水中摩擦時容易發生局部剝落，引起潤滑失效，為了進一步提高薄膜在水中的承載力和可靠性，加速其套用進程，本項目主要採用（1）雙源濺射與RF-CVD，（2）濺射、反應濺射與RF-CVD相結合的方法進行了引入梯度過渡層的非晶碳基薄膜沉積工藝對薄膜性能、特別是水潤滑條件下抗剝落性能影響的研究。採用雙源濺射與RF-CVD相結合的方法，研究了引入無氫梯度過渡層的非晶碳膜和摻矽非晶碳膜的沉積工藝對薄膜力學和摩擦學性能的影響，發現多靶濺射過程中由於磁場耦合的影響，在基體施加射頻功率後濺射氣體對薄膜的轟擊作用較強，雖然在低濺射氣體流量和低基體射頻功率可以得到典型的非晶碳膜和摻氮非晶碳膜，但薄膜的厚度受到極大地限制，所得薄膜摩擦學性能較差。 進一步採用濺射、反應濺射與RF-CVD相結合的方法，研究了含氫摻矽梯度過渡層及含氫摻矽非晶碳膜沉積工藝對薄膜性能的影響，發現施加在基體上的射頻功率對薄膜的摩擦性能影響不大，但對薄膜的構成及力學與耐磨損及抗剝落性能有較大影響。較低的射頻功率會導致部分聚合物結構的生成，薄膜的力學性能及耐性能較差，射頻功率過高則會引起沉積梯度過渡層時濺射氣體對過渡層的刻蝕作用增強，使過渡層厚度減小、強度降低，所得薄膜的抗剝落性能較低。射頻功率為60W時薄膜具有較高的抗剝落性能。在60W射頻功率下延長純Ti金屬層可進一步提高薄膜的抗剝落性能，在10-60N較大載荷範圍內的水潤滑條件下均未發現薄膜剝落現象，薄膜的抗剝落性能得到了顯著提高，同時薄膜顯示出較好的可靠性。與此對比在前期進行的濺射、反應濺射沉積所得薄膜雖然在30-110N的高載荷下未見薄膜的剝落現象，但在5-20N的低載荷下卻容易發生局部剝落現象，認為這與薄膜抗疲勞強度較低有關。另外，基體溫度較高時容易發生沉積過程中薄膜的剝落，以較低沉積溫度較好。
