【超润滑表面工程】燕山大学周野飞副教授等:湿度对a-C:Ti/a-C:Si纳米多层薄膜摩擦学行为的影响

科技   2024-12-24 18:57   重庆  



背景与意义


非晶碳(Amorphous Carbon,简称a-C)薄膜具有良好的力学性能、低摩擦因数以及优异的耐腐蚀性,在航空航天、机械、生物医学、微电子器件等众多领域备受关注。然而,a-C薄膜的摩擦学性能受制于环境因素,如环境气体、温度、湿度等。尤其当环境相对湿度较高时,a-C薄膜会失去其自润滑性能。这一问题制约了a-C薄膜在不同湿度环境下的应用。

燕山大学周野飞副教授团队设计、制备了纳米级a-C:Ti/a-C:Si多层膜,其中a-C:Ti指Ti掺杂的非晶碳基复合薄膜,a-C:Si指Si掺杂的非晶碳基复合薄膜。通过对薄膜形貌微观结构进行表征分析,对力学性能摩擦学性能进行试验研究,探索纳米级a-C:Ti/a-C:Si多层结构对薄膜在不同湿度下摩擦学行为的影响机制。

关键词:多层结构;a-C:Ti/a-C:Si纳米多层膜;a-C:Si层;力学性能;摩擦学性能;相对湿度

图文导读



结论


1)不同制备工艺获得的a-C:Ti/a-C:Si纳米多层膜均与衬底结合良好,结构致密。随着a-C:Si层沉积时间的增加,薄膜的表面粗糙度逐渐增大,薄膜中sp3杂化键的相对含量逐渐增多。

2)随着a-C:Si层沉积时间的增加,a-C:Si层逐渐增厚,a-C:Ti/a-C:Si纳米多层膜的硬度和弹性模量随a-C:Si层厚度的增加呈现上升的变化趋势,其值分别从17.8 GPa和164 GPa增至19.6 GPa和186 GPa。

3)a-C:Ti薄膜的磨损率随湿度变化影响较大,当相对湿度由20%增加到80%时,磨损率变化量为3.66×1016 m3/(N·m)。a-C:Ti/a-C:Si纳米多层结构的构筑能够有效降低湿度变化对薄膜磨损率的影响。Si-10/Ti工艺制备的薄膜表现最好,当相对湿度由20%增加到80%时,其磨损率变化量为0.42×1016 m3/(N·m)。

文章信息


引文格式:赵春梅, 牛心悦, 徐正田, 等. 湿度对 a-C:Ti/a-C:Si 纳米多层薄膜摩擦学行为的影响[J]. 表面技术, 2024, 53(21): 34-43.

ZHAO Chunmei, NIU Xinyue, XU Zhengtian, et al. Effect of Humidity on Tribological Behavior of a-C:Ti/a-C:Si Nano-multilayer Films[J]. Surface Technology, 2024, 53(21): 34-43.

DOI:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.21.005

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审 核|汪  潇

编 辑|邓李旸


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