氮化钼基薄膜的制备及其在宽温域环境下的摩擦学性能研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:bluebell228
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随着我国经济建设的进一步发展,带动航空航天领域等高新技术产业的迅猛发展,对高温、变温等苛刻环境下的零部件提出了更高的要求,研制适用于宽温域环境下具有低摩擦系数和低磨损率的高温固体润滑材料迫在眉睫。本论文基于多润滑相复配和薄膜表面原位自生润滑相的协同机理,制备出具有宽温域润滑功能的新型固体润滑薄膜。研究了不同润滑相的复配对固体润滑薄膜的组织及宽温域摩擦磨损性能的影响,阐明了宽温域条件下不同润滑相的磨损机理。利用磁控溅射技术在N2气氛中沉积了三类MoN基薄膜,并对不同薄膜的化学成分、显微结构、硬度和弹性模量进行了测试分析。利用高温摩擦磨损试验机测试了薄膜的宽温域摩擦磨损性能。通过对摩擦试验后的磨痕进行更深入的分析表征,研究了不同温度环境下薄膜的摩擦学机理。基于MoN和VN高温氧化生成的MoO3和V2O5易剪切相,制备出了MoVN复合薄膜。通过改变V靶电流,调控薄膜中Mo和V原子的百分比含量,研究了不同MoVN复合薄膜的显微结构、硬度、弹性模量及摩擦学性能。结果表明,二元氮化物薄膜(MoN和VN)具有较差的宽温域摩擦性能,制备出的MoVN复合薄膜在高温环境中具有良好的摩擦学性能。通过对不同温度下MoVN复合薄膜摩擦学性能的进一步研究,阐明了MoVN复合薄膜在不同温度下的摩擦学机理。通过改变基材的转速,调控薄膜中MoN和VN层的厚度,设计制备出不同调制周期的MoN/VN多层薄膜。通过对多层薄膜的力学及摩擦学性能的研究,对比了不同调制周期对MoN/VN多层薄膜的硬度、弹性模量和摩擦学性能的影响。结果表明,MoN/VN多层薄膜的硬度和弹性模量随调制周期的降低而增大,调制周期对MoN/VN多层薄膜的高温摩擦学性能影响不大。通过对不同温度下MoN/VN多层薄膜摩擦学性能的进一步研究,分析了多层薄膜的高温摩擦学机理。基于银能在中温环境下形成原位自生润滑膜,制备出了不同银含量的MoVN-Ag复合薄膜。通过改变银靶电流,调控薄膜中Ag含量的原子百分比,对比研究了Ag掺杂复合薄膜的微观结构、硬度、弹性模量和高温摩擦学性能。结果表明,虽然Ag元素的掺杂降低了薄膜的硬度和承载能力,但薄膜的高温润滑性能有较明显的提升。特别是在试验温度为500℃时,MoVN-Ag复合薄膜的摩擦系数和磨损率最低。通过对不同温度下MoVN-Ag复合薄膜摩擦学性能的进一步研究,阐明了宽温域环境下Ag的扩散和三元氧化产物(Ag3MoO4和AgVO3)的形成是改善MoVN-Ag复合薄膜高温润滑性能的主要原因。
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