| 题名 | 类石墨碳和氮化铬及其纳米复合涂层海水环境摩擦学性能研究 |
| 作者 | 郭峰 |
| 学位类别 | 工程硕士 |
| 答辩日期 | 2014-05-26 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 导师 | 王立平 ; 刘千喜 |
| 关键词 | 海水 类石墨碳(GLC) 氮化铬(CrN) Cr-C-N 摩擦学性能 seawater graphite-like carbon(GLC) chromium nitride(CrN) tribological properties |
| 学位专业 | 材料工程 |
| 中文摘要 | 海水环境中服役的机械系统，因各种形式的腐蚀磨损导致失稳失效是海洋工作面临的主要挑战，对易磨损部件的表面涂层防护成为了提升装备整体可靠性的主要手段。本论文采用闭合场磁控溅射技术制备了对水环境有优异适应性的类石墨碳(Graphite-like Carbon ,GLC)涂层。采用多弧离子镀技术制备了海水环境摩擦磨损性能与耐腐蚀均较好的CrN与Cr-C-N涂层，系统考查了不同涂层在海水环境下的摩擦磨损和失效机制，结合涂层显微结构设计思路提出了提高涂层使抑性能的技术路线。通过插值模拟与“微观咬合”理论模型的构件进行深入分析，得到阶段性结论如下： 1. GLC涂层集体基本由sp2键合的碳原子组成，在去离子水和海水环境中均表现出优异的环境自适应性与润滑能力。由于海水具有较高的运动粘度，而且易在摩擦界面生成CaCO3和Mg(OH)2等有润滑作用的物质，较之于去离子水的环境，GLC在海水环境中有更低的摩擦系数与磨损率，其在去离子水中倾向于疲劳磨损，失效机制与海水环境中表现出的轻微磨粒磨损不同。 2. 摩擦界面的微凸体解除状态与润滑膜连续程度是决定摩擦磨损性能的主要因素，构建“微观咬合”理论，模型描述其对摩擦学行为的影响，说明了材料力学性能、法向载荷、滑动速度、摩擦界面初始微观形貌与摩擦学行为之间的联系。系统考查不同涂层的摩擦系数与磨损率变化规律后发现，在没有显著的洁面摩擦化学反应时，“微观咬合”模型具有一定的普适性。 3. 在不同沉积偏压条件下制备的四种CrN涂层在组织结构上表现出细微差别，多层梯度CrN涂层由γ-CrN与β-Cr2N混合相组成，具有相对较小的晶粒尺寸与较好的耐腐蚀性能，通过工艺优化沉积的CrN涂层在力学性能、耐腐蚀性能和摩擦学性能等方面均有较为明显的提升，证明“同质多层“梯度构筑能够提高固有材料体系的性能。 4. 对CrN涂层进行碳元素掺杂得到Cr-C-N纳米复合涂层，Cr-C-N中的碳元素以硬质碳化物Cr7C3的形式在晶界区域偏聚形成”富碳“骨架网络，力学性能与耐海水腐蚀性能均有明显提升，同时涂层表面也因碳化物偏聚出现较大的微区硬度差异，承受荷载时应力不连续状态导致其摩擦系数较梯度构筑CrN涂层由小幅升高，但在大荷载高速滑动时表现出较低的磨损率。通过实验对比，显示出CrN与Cr-C-N在海水环境下服役的优越性。 |
| 学科主题 | 材料科学与物理化学 |
| 公开日期 | 2014-11-21 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://210.77.64.217/handle/362003/6751]  |
| 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 | 郭峰. 类石墨碳和氮化铬及其纳米复合涂层海水环境摩擦学性能研究[D]. 中国科学院大学. 2014. |
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