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(110)单晶金刚石与Si(100)基底上沉积的纳米晶金刚石薄膜生长动力学及摩擦学性能对比研究
摘要： 在甲烷/氢气/氮气等离子体环境中，采用微波等离子体增强化学气相沉积法（MPCVD）于高温高压（HPHT）(110)晶向单晶（SC）金刚石衬底上生长了纳米晶金刚石（NCD）薄膜。薄膜厚度介于2.2至22.5微米之间。通过原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）观察到菜花状表面形貌。研究了NCD薄膜生长的标度行为，发现较高的粗糙度指数αs=1.5-1.6表明存在异常标度现象，因此遮蔽效应和扩散不稳定性可能影响薄膜生长。对比了SC(110)金刚石衬底与Si(100)衬底上制备的NCD薄膜的摩擦学性能，在相同赫兹接触压力下测试发现，NCD/SC(110)试样的磨损体积损失更低，由此推测Si(100)衬底及其界面特性对NCD薄膜摩擦学行为的影响可能导致薄膜偏转。
关键词： 磨损，单晶，摩擦学，纳米晶金刚石
更新于2025-09-23 15:22:29
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正脉冲对HiPIMS沉积硬质DLC涂层的影响
摘要： 采用一种新型HiPIMS方法沉积类金刚石碳（DLC）涂层，该方法在传统HiPIMS放电结束时施加正电压脉冲。通过使用不同正电压幅值（100、200、300、400和500 V）评估该操作模式对放电过程及沉积DLC涂层力学性能的影响。研究发现，施加正脉冲能增强溅射碳和氩物种的电离程度。质谱测量显示产生了更多高能C+离子，其离子能量与过冲电压幅值成正比。正脉冲诱导的离子轰击使沉积DLC涂层具有更高的压应力并更致密。此外，随着脉冲电压升高，其拉曼光谱显示出更低的D带与G带强度比（ID/IG），表明sp3键含量更高。通过纳米压痕测试评估力学性能，发现沉积DLC薄膜硬度从无电压脉冲时的9.6 GPa提升至施加500 V正脉冲电压时的22.5 GPa。
关键词： 高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）、硬质涂层、类金刚石碳（DLC）、摩擦学
更新于2025-09-23 15:21:01
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微结构和结构无序对多晶金刚石薄膜摩擦学性能的影响
摘要： 通过热丝化学气相沉积法在硅衬底上合成了微观结构从微晶向纳米晶有序变化的金刚石薄膜。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射和拉曼光谱分析了所制备金刚石薄膜的形貌与结构特性。随着甲烷/氢气比例从0.5%提升至3%，金刚石薄膜的平均粗糙度和晶粒尺寸均减小，拉曼光谱证实其结构无序度随晶粒尺寸减小而增加。所有薄膜均表现出极低的摩擦系数(CoF)，但当晶粒尺寸从约1μm降至约20nm时，平均CoF从0.011±0.005增至0.03±0.015。通过FESEM对磨痕的后分析、基于AFM的纳米级摩擦测试及拉曼光谱表明：微晶金刚石发生剪切诱导非晶化且磨损率可忽略，而纳米晶金刚石薄膜则经历剪切诱导塑性变形而无非晶化现象。本文在微观结构、结构无序度及滑动界面剪切诱导摩擦化学反应的框架下，系统阐述了观测到的摩擦系数变化机制。
关键词： 拉曼光谱、摩擦学、金刚石、扫描电子显微镜、热丝化学气相沉积、原子力显微镜
更新于2025-09-23 15:21:01
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钛合金上各类飞秒激光诱导表面结构形成过程中的化学效应
摘要： 本研究中，通过X射线衍射和辉光放电光谱等多种表面分析技术，系统表征了钛合金上飞秒激光诱导的各类表面结构（包括激光诱导周期性表面结构LIPSS/波纹、沟槽和尖峰）在化学成分、微观结构及力学性能方面的变化。油润滑往复滑动摩擦试验(RSTTs)结合能谱元素面扫描分析表明，不同激光加工结构的氧化层形成过程会直接影响摩擦磨损性能。研究发现，采用近波长尺度LIPSS（790 nm波长、30 fs脉宽、1 kHz频率）的飞秒激光扫描加工，可在材料表层形成深度达数百纳米、以非晶氧化物为主的梯度氧化层。而通过更高能量密度和单位面积脉冲数制备的周期性沟槽与不规则尖峰等表层结构，则会形成更厚的梯度氧化层，同样具有优异的减摩抗磨特性。这些飞秒激光诱导的纳米结构表层能有效阻隔RSTT中的金属直接接触，并可作为发动机油中特定减摩添加剂的锚定载体。
关键词： 摩擦学、飞秒激光加工、辉光放电光谱仪、表面化学、X射线衍射、激光诱导周期性表面结构、激光诱导氧化物层
更新于2025-09-23 15:19:57
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编者按：特刊"用于摩擦学应用的激光诱导周期性表面纳米与微结构"
摘要： 激光材料加工是一种基于光学、机械或化学特性生成表面功能性的创新技术。以激光表面纹理化（LST）形式存在时，该技术已吸引大量研究致力于针对各类摩擦学应用定制表面特性。这种基于激光的单步加工技术主要优势在于：非接触式加工具有高度灵活性、效率与速度，且加工产品品质优异。LST既能精准作用于亚微米级局部区域，通过激光束扫描技术，也可实现平方米级大面积结构的构建。
关键词： 微观结构、磨损、激光诱导周期性表面结构（LIPSS）、润滑剂、应用、摩擦、摩擦学、纳米结构
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于磷腈的离子液体的合成及其光谱、热学和介电性能：OFET应用与摩擦学行为
摘要： 合成了带有(dimethylamino)乙氧基(Pz1a–2a)和(dimethylamino)丙氧基(Pz1b–2b)链的4-氟苄基环三磷腈衍生物。通过CH3I处理使全取代环三磷腈化合物的链氮原子季铵化，得到磷腈基离子液体(PzILs)，即PzIL1–PzIL4。随后与LiN(SO2CF3)2进行复分解反应制得盐类PzIL1a–PzIL4a。通过元素分析、FTIR及1H、13C{1H}和31P{1H}核磁共振技术确认了PzILs的结构。采用热重分析(TGA)描述了所有化合物的热性能。这些新合成的PzILs被用作有机场效应晶体管(OFETs)的介电层，并进行了介电特性和OFET表征。由于PzILs的高介电效应，制备的OFETs在低电压范围内工作。此外，在室温下使用AA7075圆盘试样对静止的100Cr6钢球进行滑动磨损试验，通过AA7075的体积损失确定PzILs和15W40发动机油的耐磨?；ば阅?。PzIL4a获得了最低的摩擦系数(COF)和磨损损失。
关键词： 离子液体、介电性能、磷腈、有机场效应晶体管、摩擦学、合成
更新于2025-09-22 12:13:47
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微压印制造微结构表面生产极限的研究
摘要： 微结构表面的应用是降低具有相对运动部件间润滑接触摩擦的一种可行方法。因此，可减少最终产品在使用过程中的能耗和磨损。为经济地制造结构化表面，本研究分析了微压印工艺。该工艺有望集成到不同最终产品的现有制造流程中（如气门机构中的挺柱），从而实现大规模生产。为确定微压印工艺的制造极限，需研究压印模具的制造及压印过程本身。本研究分析了选定尺寸的长方体与圆柱形微结构元件的可实现精度及其失效情况，测定了两类微结构的最小横向尺寸。除精度表现外，还揭示了微结构元件不同几何尺寸间的关联规律。此外，高宽比被确认为导致微压印工艺失效的主因。总体而言，压印工艺用于制造微结构表面的适用性已得到验证。
关键词： 几何精度、微观结构、摩擦学
更新于2025-09-23 18:10:44
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定制激光诱导表面三维微织构的制备与摩擦学特性表征
摘要： 本研究旨在首先确定通过超短脉冲激光在钢表面制备特定三维微织构的工艺可行性，其次探究其在两种润滑条件（油润滑与减摩涂层）下的摩擦学特性。所选三维微织构由两级方形微柱构成，微柱边长约45微米、高度约35微米、周期为80微米。研究表明：采用超短脉冲激光在钢基体上制备特定三维微织构具有工艺可行性，且整个织构区域的尺寸重复性极佳。摩擦测试显示：与基准试样（无织构样品）相比，三维微织构试样在油润滑条件下未显著改善摩擦系数（COF），但在减摩涂层条件下可实现摩擦系数的显著优化?；谀ニ鸬哪Σ裂匝楸砻鳎夯际匝募跄ν坎阃耆?，导致测试过程中出现钢-钢接触，极大影响了其摩擦磨损行为；而三维微织构试样的减摩涂层虽部分消耗，但会积聚在微织构内形成潜在的润滑剂储层。
关键词： 超短脉冲激光、表面表征、磨损、激光微织构、摩擦学、摩擦、表征
更新于2025-09-16 10:30:52
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激光熔覆制备的Ni-Fe-Cr-Mo-Si硬面合金分析：铁含量对耐磨性能的影响
摘要： 本文介绍了一项关于镍铁铬钼硅基合金的持续研究，该合金是潜在的无钴硬面材料之一。我们分析了通过控制316L基材稀释或直接添加方式改变铁含量对微观结构和耐磨性能的影响。首先阐述了镍铬钼硅基合金的研究现状，随后介绍了激光熔覆设备配置及镍铁铬钼硅基合金的工艺参数图谱研究。通过两个独立送粉器直接熔融铁基粉末并混合至同轴喷嘴实现铁元素的添加，最终对试样进行铁含量、显微硬度和微观结构分析。摩擦学测试表明，试样的磨损行为随铁含量变化呈现显著差异，并在特定铁含量水平下获得性能提升。
关键词： 摩擦学、镍基合金、激光熔覆、堆焊材料、核能、耐磨性
更新于2025-09-12 10:27:22
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金属增强陶瓷复合材料的摩擦学性能：通过飞秒激光诱导周期性表面结构选择性构建
摘要： 研究了飞秒（fs）激光诱导周期性表面结构（LIPSS）对金属增强陶瓷复合材料（Al2O3-ZrO2-Nb）摩擦学性能的影响。为此，利用陶瓷与金属不同的光吸收特性，在空气环境中采用近红外飞秒激光辐射（λ = 1,025 nm，τ = 300 fs，frep = 1 kHz）以不同峰值能量密度选择性地在金属铌（Nb）相上制备LIPSS。通过使用林格氏溶液作为润滑剂的球盘往复滑动测试评估摩擦学性能。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、能量色散X射线光谱以及测量与林格氏溶液的接触角等方法，在激光辐照前后对表面进行表征。LIPSS的形成使表面与润滑剂的润湿性增强。此外，与未辐照表面相比，选择性结构化复合表面的摩擦系数显著降低约3倍。还检测到激光诱导氧化层的形成，其中NbO是最主要的氧化态。具有优异机械性能和增强摩擦学性能的选择性结构化复合材料在生物医学应用中具有特别重要的意义。
关键词： 飞秒激光诱导周期性表面结构（LIPSS）、摩擦学、润湿性、陶瓷基复合材料、摩擦系数、选择性表面结构化
更新于2025-09-12 10:27:22