含钽碳基涂层设计、制备及摩擦学性能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 闫明明 |
| 答辩日期 | 2021-05-26 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 郝俊英 |
| 关键词 | a-C:(H):Ta涂层,退火处理,摩擦磨损,固-液复合 |
| 学位名称 | 工学博士 |
| 学位专业 | 材料学 |
| 其他题名 | 无 |
| 英文摘要 | 通过元素掺杂来调控涂层的成分、微观结构是解决碳基涂层缺陷的有效手段之一。金属钽（Ta）具有低的热膨胀系数和极高的抗腐蚀性，与碳原子可形成高硬度、高耐磨的碳化物，有望改善涂层的微观结构和性能。本论文在综述碳基涂层的研究进展的基础上，通过掺杂金属钽制备了系列的含钽碳基涂层，详细研究了钽靶电流、基体旋转速度、基体偏压等工艺参数及后处理等对涂层成分、结构及摩擦学性能的调控，讨论了元素成分、沉积工艺、后处理及离子液体等对涂层摩擦学性能的影响，并建立了结构与性能的构效关系，揭示了相关的摩擦磨损机制。主要研究内容及结果如下： 1. 考察了钽元素含量对碳基涂层成分、微观结构及摩擦学性能的影响。研究发现，掺入涂层中的Ta原子可与C原子形成Ta纳米团簇和TaC晶体，弥散在涂层内，可起到阻碍位错移动和固溶强化的效果，从而改善涂层的化学相容性和力学性能，进而改善其摩擦学性能。同时Ta元素可催化诱导涂层的sp3C键向sp2C键转化，提高石墨化程度，这也是改善涂层润滑性能的另一原因。 2. 研究了工艺参数对含钽碳基涂层结构及摩擦学性能的影响。结果表明，调控沉积过程中基体的旋转速度会改变溅射粒子的入射角度，使涂层的结构由C/Ta/C多层结构变为Ta-C的复合结构，降低了涂层的致密性，减弱耐磨性；改变前驱体的组成，可调控反应气体C2H2分子的解离程度和低能粒子数量，影响涂层中H原子的含量，改善涂层的摩擦学性能；合适的基体偏压可以调控涂层的sp2C/sp3C比例，减少涂层表面σ键，削弱π-π*键的作用和黏附作用，降低摩擦系数和磨损率。 3. 探究了退火工艺对涂层结构和性能的影响。研究结果表明，较低的退火温度可促使涂层内微缺陷的移动和消散，调控sp2C结构的团簇化和有序化，降低涂层的内应力，改善涂层的力学及摩擦学性能。而合适的退火时间可提高a-C:Ta涂层的石墨化程度，减小黏着磨损，提高其减摩耐磨性能。 4. 初探了含钽碳基涂层与离子液体（IL）的固-液复合润滑行为。研究表明，良好的石墨化转移膜和稳定的物理吸附膜是涂层在LAB103中表现良好润滑行为的关键。摩擦过程中的摩擦化学反应产物也会对涂层的摩擦学性能产生正相关作用。通过对比退火前后碳基涂层与离子液体的固-液复合润滑行为，发现退火处理增大了a-C:Ta涂层表面活性σ键含量，增强了离子液体在涂层表面的钝化和吸附行为，有利于形成稳定的边界润滑膜，改善a-C:Ta涂层的固-液复合润滑性能。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.licp.cn/handle/362003/29104]  |
| 专题 | 兰州化学物理研究所_固体润滑国家重点实验室 |
| 作者单位 | 1.中国科学院大学 2.中国科学院兰州化学物理研究所; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 闫明明. 含钽碳基涂层设计、制备及摩擦学性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：兰州化学物理研究所
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