亚稳中间相碳合金的制备、结构表征及摩擦学性能研究

论文摘要

本文以中间相碳微球为母体,利用机械合金化法、高温高压合成法等非平衡制备手段,通过添加活性元素 Fe、Ni、Mo 金属元素粉末,制备了亚稳中间相碳合金,并对碳合金的制备、结构和摩擦性能诸多方面进行了研究。另外,采用磁控溅射方法在单晶硅基片(111)晶面上制备了非晶结构的碳质薄膜。 在制备中间相碳合金的过程中,研究了机械合金化时间、活性元素类型以及高温高压处理对其结构的影响;在溅射沉积碳薄膜的过程中,研究了溅射压力和基片温度对薄膜性能的影响。 运用 XRD 对碳合金进行了结构表征,采用 SEM 和 EDS 对碳合金及铸铁下试样磨损表面的形貌和成分组成进行了分析;使用 SRV 摩擦磨损试验机测试了其作为润滑油添加剂的摩擦学性能;此外,利用 Hysitron 纳米力学系统对磁控溅射沉积的碳质薄膜的力学性能和微观摩擦学性能进行了测定。 研究结果表明,机械合金化处理导致中间相碳合金层面间距 d002 值增大,即中间相无序程度增大。添加活性金属元素,可在一定程度上抑制高能球磨处理引起的无定形化;长时间的球磨处理导致中间相碳合金的微观形貌明显变化,可获得形状较规则的球状中间相碳合金;采用掺 Fe、Mo机械合金化 15 小时得到的中间相碳合金作为润滑油添加剂时,稳态摩擦时间保持较长,当温度较高时出现明显下降趋势,具有较佳的摩擦特性;采用碳质中间相为靶材制备的薄膜随基片温度升高其粗糙度增大,纳米硬度和弹性模量以及摩擦系数也随之增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 碳材料
• 1.1.1 碳的相图
• 1.1.2 碳的同素异形（异构）体
• 1.1.3 碳的机械性质
• 1.2 碳质中间相—中间相碳微球
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 中间相碳微球的结构形态
• 1.2.3 中间相碳微球的制备原理
• 1.2.4 中间相碳微球的炭化和石墨化
• 1.3 碳合金
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 分类
• 1.4 碳摩擦学
• 1.5 本论文选题意义及研究内容
• 第2章 亚稳中间相碳合金的制备及结构表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 制备方法
• 2.2.2 分析方法
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 机械合金化时间对中间相碳合金结构的影响
• 2.3.2 机械合金化时间对中间相碳合金微观形貌的影响
• 2.3.3 高温高压处理与球磨对碳合金结构的影响
• 2.3.4 处理方法不同时中间相及碳合金的微观形貌
• 2.4 本章小结
• 第3章 亚稳中间相碳合金的摩擦学性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 摩擦实验方案设计
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 摩擦副材料及其几何结构
• 3.2.3 实验规范
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 摩擦系数曲线
• 3.3.2 摩损表面SEM 观察
• 3.3.3 磨损表面EDS 分析
• 3.4 摩擦化学反应与边界膜的形成
• 3.5 本章小节
• 第4章 新型碳质薄膜的磁控溅射法制备及纳米摩 擦学性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 磁控溅射法制备碳膜
• 4.2.2 分析与检测方法
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 碳质薄膜的膜厚及微观结构
• 4.3.2 表面形貌及纳米压痕分析
• 4.3.3 碳质薄膜的纳米摩擦学性能
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介