学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

箔片轴承固体润滑用类金刚石薄膜的设计、制备和性能研究

作　者: 郑越青
导　师: 陈金明
学　校: 中国工程物理研究院
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 箔片轴承固体润滑 DLC薄膜结合强度内应力摩擦磨损性能
分类号: TB43
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 60次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

箔片轴承是一种自作用柔性表面动压气体轴承,靠流体动力润滑机理工作。然而,箔片轴承在起停过程中转速较低时,转轴与箔片内表面间无法形成有效的动压润滑气膜而处于接触摩擦状态。因此,箔片轴承使用中需要一种固体润滑镀层来降低接触摩擦,从而降低工件磨损和摩擦力。但国内对于箔片轴承表面镀层的研究一直相对滞后,已成为制约我国箔片轴承技术发展与应用的主要障碍之一。本文研究工作正是针对这一需求展开。本文研究中尝试以一种新型固体润滑镀层——类金刚石薄膜(Diamond-like carbonfilm,简称DLC薄膜)作为箔片轴承的固体润滑镀层。主要研究工作和结果如下：1)针对DLC薄膜普遍存在的与金属基底结合强度较差和内应力高的问题,对DLC薄膜进行了材料设计。在材料设计中借鉴过渡层技术与掺杂技术,设计了具有梯度结构的复合DLC薄膜。2)提出一种基于牛顿法的拉曼光谱高斯拟合算法。该方法实现了DLC薄膜拉曼光谱的计算机自动拟合,拟合结果准确性更高、重复性更好,为研究DLC薄膜的拉曼光谱特性提供一种方便可靠的工具。3)采用中频磁控溅射技术对设计的具有梯度结构的复合DLC薄膜进行实现。制备了三种DLC薄膜,分别为掺钛类金刚石(Ti-DLC)薄膜、掺铬类金刚石(Cr-DLC)薄膜、以及无掺杂类金刚石(C-DLC)薄膜,并采用多种仪器与方法对制备的DLC薄膜进行了分析比较。结果表明,过渡层与金属掺杂均有助于DLC薄膜内应力的降低和结合强度的提高。三种DLC薄膜中综合性能最优的Ti-DLC薄膜具有高达29N左右的结合强度,其厚度超过1.5μm,薄膜内应力低于1.0GPa,并且具有优异的摩擦磨损性能(摩擦系数最低达到0.03,摩擦率低至10-7mm3／Nm量级)。4)为讨论箔片轴承摩擦副表面镀膜的方案,进行了DLC薄膜摩擦副配对实验研究。实验在球-盘式往复摩擦磨损实验机上进行,以镀膜或未镀膜的小尺寸铍青铜箔片与钢球(镀膜钢／未镀膜铍青铜、未镀膜钢／镀膜铍青铜、镀膜钢／镀膜铍青铜)组成摩擦副系统。结果表明,当箔片与钢球表面均镀覆DLC薄膜时,系统摩擦系数最低(-0.1),摩擦副的两对偶面磨损最小,并由此确定了在箔片与转轴表面均镀覆DLC薄膜的方案。5)以镀覆DLC薄膜的转轴与镀覆DLC薄膜的箔片组成摩擦副,在箔片轴承台架实验平台上进行了台架实验。台架实验研究结果与摩擦磨损实验机实验结果差异较大,分析认为这与DLC薄膜热稳定性有关,并通过补充的DLC薄膜高温摩擦磨损实验以印证以上分析。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-26
  1.1 课题来源、目的和意义  8-9
  1.2 箔片气体轴承概述  9-16
    1.2.1 箔片气体轴承结构特点与工作原理  9-11
    1.2.2 箔片气体轴承发展与应用  11-13
    1.2.3 箔片气体轴承表面镀层技术发展概况  13-16
  1.3 DLC薄膜概述  16-24
    1.3.1 DLC薄膜的结构  16-18
    1.3.2 DLC薄膜机械性能及其应用  18-19
    1.3.3 DLC薄膜的制备方法  19-22
    1.3.4 DLC薄膜的摩擦学机理  22-24
    1.3.5 DLC薄膜存在的问题  24
  1.4 本文主要研究内容  24-26
第二章研究方法  26-36
  2.1 研究思路  26
  2.2 DLC薄膜材料设计方法  26-27
  2.3 DLC薄膜制备方法  27-28
  2.4 DLC薄膜表征方法  28-35
    2.4.1 拉曼光谱分析方法  28-33
    2.4.2 薄膜表面形貌与断面形貌观察  33
    2.4.3 结合强度分析方法  33-34
    2.4.4 摩擦磨损性能分析方法  34
    2.4.5 内应力分析方法  34-35
  2.5 本章小结  35-36
第三章 DLC薄膜样件的制备及性能研究  36-54
  3.1 样品制备  36-37
    3.1.1 镀膜基材  36
    3.1.2 基材预处理  36
    3.1.3 磁控溅射沉积工艺  36-37
  3.2 样品表征与性能比较  37-52
    3.2.1 表面形貌分析比较  37-38
    3.2.2 断面形貌分析比较  38-40
    3.2.3 拉曼光谱分析比较  40-41
    3.2.4 薄膜内应力分析比较  41-42
    3.2.5 结合强度分析比较  42-44
    3.2.6 摩擦磨损性能分析比较  44-52
  3.3 综合性能分析与比较  52
  3.4 本章小结  52-54
第四章 DLC薄膜摩擦副配对实验研究  54-65
  4.1 实验设计  54
  4.2 结果与讨论  54-63
    4.2.1 镀膜钢/未镀膜铍青铜对摩摩擦学行为分析  54-56
    4.2.2 未镀膜钢/镀膜铍青铜对摩摩擦学行为分析  56-57
    4.2.3 镀膜钢/镀膜铍青铜对摩摩擦学行为分析  57-63
  4.3 三种摩擦副配对比较  63-64
  4.4 本章小结  64-65
第五章 DLC/DLC对偶台架实验研究  65-75
  5.1 箔片轴承台架装置  65-67
    5.1.1 台架装置总体结构  65-66
    5.1.2 箔片轴承结构  66
    5.1.3 测试系统  66-67
    5.1.4 测试过程  67
  5.2 台架测试结果  67-69
  5.3 分析与讨论  69-74
  5.4 本章小结  74-75
第六章结论与展望  75-77
  6.1 结论  75-76
  6.2 今后工作展望  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-84
攻读硕士学位期间发表的论文  84

箔片轴承固体润滑用类金刚石薄膜的设计、制备和性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文