非晶氮化碳薄膜在乙醇-水溶液中摩擦磨损特性研究.pdfVIP

2009年全国青年摩擦学学术会议论文集 非晶氮化碳薄膜在乙醇一水溶液中的 摩擦磨损特性研究① 王谦之1 周飞2岳宾1 (1．南京航空航天大学机电工程学院，南京210016) (2．南京航空航天大学高新技术研究院，南京210016) 摘要本文研究了乙醇浓度和摩擦条件时口-CN，薄膜在乙醇一水溶液中的摩擦学特性的影响。研究 结果表明：在体积浓度为20％的乙醇一水溶液中，a-CN，薄膜获得最低的摩擦系数。随着栽荷的增加，n-CN； 薄膜的摩擦系数呈现先减小后增大的趋势，在3N载荷下获得最低的摩擦系数约0．025。而随着速度的增 加，口-CN，薄膜的摩擦系数呈现先增大后减小再增大的趋势，当滑动速度为0．1m／s时，a—CN，薄膜获得了最 低的摩擦系数约0．018。 关键词非晶氮化碳；乙醇一水溶液；摩擦；磨损 1前言 水泵是汽车发动机水冷系统的核心部件，它的使用寿命决定着整个汽车水冷系统的正常 工作。传统的水泵轴承采用的是油(脂)润滑，在水泵轴承和腔体之间装有水密封圈，以防止 冷却水进入水泵轴承。然而由于水密封圈的失效，冷却水进入水泵轴承，影响其油(脂)润滑 效果和腐蚀金属轴承，降低了水泵轴承的耐磨性，最终导致冷却水泵的失效。为此，若采用 水润滑轴承代替油润滑轴承，不仅可以提高冷却水泵的使用寿命，而且可以降低冷却水泵的 整体成本‘∽1。 目前，周飞教授等在研究碳基薄膜水润滑特性时发现，口一CN，薄膜在水中具有较好的摩 擦磨损特性【3’6．7．8|。口-cN，薄膜作为耐磨涂层而被广泛应用于现代机械设备中，其在水润滑 条件下优异的减摩耐磨性能将为新一代水下作业机械带来绿色环抱设计新概念”J。然而，汽 车冷却液的成分主要为乙醇基水溶液和乙二醇基水溶液，对于口·CN。薄膜在乙醇基和乙二醇 基冷却液中的摩擦磨损特性的报道较少。为此，本文主要研究非晶氮化碳薄膜在乙醇一水溶 液中的摩擦磨损特性，期望能将非晶氮化碳薄膜应用到汽车冷却水泵轴承的表面改性。 2实验过程 2．1试样制备 采用日本日立公司生产的离子束辅助沉积系统制备口-CN，薄膜，图1给出了该设备的示 校省级重点实验室开放课题项目(KJS0833)。 作者简介：王谦之(1985一)，男．在读研究生．研究方向为薄膜摩擦学。 联系人：周飞伽d：zhoufei88en@yahoo．啪．cn 意图泼垃备由低温冷却泵腔 溅射沉积源、电子m蒸发器 两个离子枪( 个用f糍射，；一 个片j于混合)以及纣底台组成离干束辐照范罔为女80mm{t底f}rN水纷锕板组成，实骑时 以4删p的转速旋转。 宴验前．在赳声渡清洗机巾分别采用丙 酬和酒精对sic村底材料备进行30min预清 洗．然后分别把实验所用靶材及szc村底材 ‘ 料同定在电子柬蒸发器及衬底台上。关闭沉 ·5。。。 o×io 积腔室门，抽奉地真空至2 4p。，为进 一步去除衬底袁面的荇种杂物接并提高村底 一 ·． 材料5鬻慨rain麓戮熟然端i。此后，对电子求蒸发器进行加热 ．i第-芎露 。 产生碳燕汽，同时调节混台川离子抢中N，加 y- 5 速电压至I kv，加速电流密度至90 ¨A／cm4产生高能N离子漉，*CN．薄膜由碳 7】；7t4ii一=。 蒸汽驶高能N+在村底材料表面混合而成。 通过调竹碳燕汽发射电流控制薄膜沉积谴率为20“s，薄膜厚度约为500 nm。随后，对扣 cN：薄膜进行拉盐光谱和x射线光电子能谱分析． 2．2摩擦磨损实验 15 在室温．速度为0 m／s，戴荷3 N