水环境中多层类石墨结构碳基薄膜与软质配副的摩擦学特性
文献类型：学位论文
| 作者 | 关晓艳
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| 学位类别 | 工程硕士 |
| 答辩日期 | 2012-05-18 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 王立平 ; 李维民 |
| 关键词 | 机械密封 Cr/CrN/GLC 薄膜 工程塑料 橡胶 摩擦学性能 Mechanical seal Cr/CrN/GLC film Engineering plastics Rubber Tribological performance |
| 学位专业 | 材料工程 |
| 中文摘要 | 机械密封在液压传动、泵、阀、反应釜等设备中普遍使用。然而现有的摩擦副材料无法满足其在苛刻环境下的密封要求，开发新材料、新技术势在必然。本论文采用磁控溅射技术，通过多层设计和界面优化，在不锈钢环 1Cr18Ni9Ti 表面制备了高性能的 Cr/CrN/GLC 多层梯度碳基薄膜，并进一步研究了该类石墨结构碳基薄膜与典型工程塑料（聚醚醚酮PEEK、聚酰亚胺 PI 和聚四氟乙烯PTFE）、橡胶（丁腈橡胶NBR、三元乙丙橡胶EPDM和氟橡胶 FKM）在水环境下的摩擦学配副行为。主要研究结果如下： 1. 通过多层设计、界面优化，在基底表面制备了多层 Ti/TiN/GLC 和Cr/CrN/GLC 薄膜，并比较了其性能；结果表明：Cr/CrN 多层设计有效提高了复合薄膜与基底的结合强度和承载能力，多层 Cr/CrN/GLC 薄膜在水及海水环境下具有良好的摩擦学性能。 2. 系统研究了多层薄膜与软质工程塑料在水环境中的摩擦学配副特性，结果表明：相对于载荷，速度对 Cr/CrN/GLC薄膜与三种典型塑料 PEEK，PI 和 PTFE对偶在水环境下的摩擦学性能有更显著的影响，三种对偶的摩擦系数和磨损率均随速度的增大而减小。这可归因于摩擦过程中在薄膜的表面均形成了相应的塑料转移膜。通过模拟500 次启停实验，三种对偶配副的摩擦系数均随启停次数的增多而减小，而薄膜在 500 次启停（1000 分钟）后仍未出现剥落现象。尤其是Cr/CrN/GLC 薄膜与 PEEK 对偶，在较高速度条件下，其润滑状态处于流体动压润滑状态，呈现出最低的摩擦系数和磨损率。 3. 系统研究了多层薄膜与软质橡胶水环境下的摩擦学配副特性和润滑状态，结果表明：Cr/CrN/GLC 薄膜与 NBR、EPDM 橡胶对偶配副的摩擦主要以粘着为主，而与 FKM 对偶配副以滞后摩擦为主。Cr/CrN/GLC 薄膜均有效降低了三种橡胶的摩擦系数和磨损率；其中 EPDM 呈现最低的磨损率。三种对偶的Stribeck曲线表明其摩擦状态均经历了由边界向混合摩擦的转化。启停实验中，随着启停次数的增多，三种对偶配副的摩擦系数均减小，其中薄膜在500 次启停后仍无剥落现象，EPDM磨痕表面光滑。摩擦过程中薄膜表面的橡胶转移膜有效地降低了摩擦系数和磨损率。综合比较三种对偶配副，Cr/CrN/GLC 薄膜与 EPDM 对偶配副呈现最佳的摩擦学性能 |
| 公开日期 | 2013-04-01 |
| 源URL | [http://210.77.64.217/handle/362003/2798]  |
| 专题 | 兰州化学物理研究所_固体润滑国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 关晓艳. 水环境中多层类石墨结构碳基薄膜与软质配副的摩擦学特性[D]. 中国科学院研究生院. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：兰州化学物理研究所
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