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亚稳中间相碳合金的制备、结构表征及摩擦学性能研究

袁艳丽  
【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。


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