KMS Lanzhou Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences
| 特殊纳米结构碳基薄膜设计、调控与超滑应用研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 王永富 | |
| Thesis Advisor | 张俊彦 |
| 2018-05-17 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 工学博士 |
| Department | 先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Degree Discipline | 材料学 |
| Keyword | 发动机 碳基薄膜 超滑 类石墨 类富勒烯 Engine Carbon-based films Super-low friction Graphite-like Fullerene-like |
| Abstract | 本论文旨在于实现发动机关键零部件的低摩擦磨损，通过等离子体增强气相沉积技术（PECVD）和(或)原位渗氮沉积方案，在硅基底和钢基底上制备了多种纳米结构的碳薄膜，研究了碳薄膜内结构演变和界面演变过程。研究表明： 1.揭示了硅基底氢化碳薄膜内微结构形成、转变机制和摩擦界面超低摩擦机制，并制备了一种新的类富勒烯碳结构形态。①类富勒烯结构内五元碳环形成不是完全由热力学所主导，而是与在脉冲和直流放电离子体沉积方案中粒子轰击诱发压应力相关。②超低摩擦实现归因于薄膜内固有的类富勒烯结构和摩擦膜中新形成的类富勒烯结构。③新的类富勒烯碳结构形态主要包含四个衍射环（1.15，1.8，2和3.5Å）。该薄膜具有高硬度（25GPa）、高弹性（83.1%）和超低摩擦磨损（氮气环境中0.010和2.3×10-9mm3/Nm，和潮湿空气中0.009和8.4×10-8mm3/Nm）。 2.提出了PECVD和原位渗氮复合沉积方案，实现了钢材质表面薄膜高结合力（69N）、低摩擦、高耐久，并首次将金属元素掺入氢化类富勒烯碳薄膜内。相比于采用PECVD制备碳薄膜，铁掺杂薄膜具有极低摩擦系数,实现超低摩擦（≤0.01)）和长寿命（在4×105圈后未被磨穿）。将该薄膜在大气中超滑条件从先前高载荷和速率（≥15N和≥0.12m/s）扩宽到中载荷和速率（5N和0.05m/s）。 3.揭示了钢基底氢化碳薄膜内微结构形成和转变机制，提出了碳薄膜内不同纳米结构（类石墨、类富勒烯、碳洋葱）设计方法，实现针对不同场合构筑合适结构且低摩擦薄膜。发现形成类石墨结构过程是一个热动力优先和伴随一定程度氢移除的过程。形成类富勒烯结构过程与氢移除关系不大，与苯环簇堆积而成石墨烯基平面的尺寸和边缘悬键形成紧密相关。 4.设计了一种收集涂覆在两个滑动表面上单一结构薄膜(类石墨或类富勒烯)自配对摩擦组的磨屑方法，阐明了碳薄膜内纳米结构和摩擦界面演变结构在超滑实现中作用机制。超滑是通过在类石墨组界面上石墨烯形成所产生低剪切强度（~0.005），或在类富勒烯组摩擦界面上碳洋葱形成导致接触面积下降（~0.009）而实现。证实了薄膜即使发生了磨损，磨损产物仍然能起到自润滑作用。 |
| Other Abstract | 无 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/25241 |
| Collection | 中国科学院兰州化学物理研究所 |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 王永富. 特殊纳米结构碳基薄膜设计、调控与超滑应用研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2018. |
| Files in This Item: | ||||||
| File Name/Size | DocType | Version | Access | License | ||
| 201823王永富.pdf（5974KB） | 学位论文 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | ||
Items in the repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Edit Comment