【摘 要】
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随着外太空钻探、月壤的采集技术的不断发展,对真空钻具以及航天器零部件服役于真空下能够保持良好的摩擦学性能提出了更高的要求.对具有良好固体润滑性能的聚晶金刚石(Polycrystalline Diamond,PCD)材料在真空环境下的应用展现了迫切的期盼.已有许多研究报导了金刚石在真空下的摩擦性能主要由滑移界面间的物理化学变化以及微观特征影响.本文考察了经过退火热处理的PCD在真空环境下的摩擦学行为
【机 构】
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中国地质大学(北京) 工程技术学院 中国地质大学(北京) 工程技术学院;中国地质大学(北京)国土资
【出 处】
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第十一届全国表面工程大会暨第八届全国青年表面工程学术会议
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随着外太空钻探、月壤的采集技术的不断发展,对真空钻具以及航天器零部件服役于真空下能够保持良好的摩擦学性能提出了更高的要求.对具有良好固体润滑性能的聚晶金刚石(Polycrystalline Diamond,PCD)材料在真空环境下的应用展现了迫切的期盼.已有许多研究报导了金刚石在真空下的摩擦性能主要由滑移界面间的物理化学变化以及微观特征影响.本文考察了经过退火热处理的PCD在真空环境下的摩擦学行为及性能.结果 表明,经过不同温度的退火热处理(室温(Room Temperature,RT),200℃,500℃,700℃),PCD展现出明显差异的摩擦系数及磨损率,这对合理设计真空下钻探工具及航天器零部件具有重要的理论指导意义.随着热处理温度的提高,PCD从常温下的磨粒磨损逐渐过渡为粘着磨损.未经热处理的聚晶金刚石材料在真空下由于粘着,磨损严重.经700℃热处理后,PCD表面脱落的细小金刚石颗粒在摩擦过程中转化为彩色的转移膜,而磨屑在滑移的过程中填隙到脱落坑处,最终稳态时的摩擦系数低至 ～0.01,极大程度的减小了金刚石的磨损.Ramman测试表明,在摩擦过程中有材料的转移,RT时聚晶金刚石颗粒剥落,犁沟效应导致磨损严重,200℃,500℃金刚石峰逐渐减弱,700℃时,石墨化现象明显,脱落的细小金刚石颗粒与氮化硅碎片被碾碎成一层彩色转移膜附着在材料表面,起到了良好的润滑作用,同时在700℃热处理后的PCD磨痕上检测到氮化硅及碳质转移膜的存在,进一步证明了磨屑填隙作用保证了低的稳态摩擦系数.基于以上分析,高温热处理对PCD在真空下的抗粘着现象有着显著提高,700℃效果尤其明显.
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