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NiTi合金表面镀类金刚石薄膜的生物摩擦学性能研究
任妮;马占吉;李波;程峰;武生虎;肖更竭
【期刊名称】《真空与低温》
【年(卷),期】2004(010)003
【摘要】用脉冲电弧离子镀在镍钛合金基底上沉积了无氢类金刚石(DLC)薄膜,研究和评价了镀膜样片的体外生物摩擦学特性.结果表明,在干摩擦及润滑条件下,DLC 薄膜的体积磨损率仅为NiTi合金的3%～7%,有很好的抗磨损能力.DLC薄膜的减摩效果也很明显,干摩擦条件下最大,达到80%以上,润滑条件下也都达到了70%以上.
【总页数】7页(P137-143)
【作者】任妮;马占吉;李波;程峰;武生虎;肖更竭
【作者单位】兰州物理研究所,甘肃,兰州,730000;兰州物理研究所,甘肃,兰
州,730000;兰州大学,物理学院材料系,甘肃,兰州,730000;兰州大学,物理学院材料系,甘肃,兰州,730000;兰州物理研究所,甘肃,兰州,730000;兰州物理研究所,甘肃,兰州,730000
【正文语种】中文
【中图分类】O484.2;TN305.8
【相关文献】
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4.NiTi合金生物医用材料表面镀类金刚石薄膜的性能研究 [J], 任妮;马占吉;肖更竭;武生虎;程峰
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PECVD 法沉积类金刚石膜的结构及其摩擦学性能杨 莉 陈 强3 张受业(北京印刷学院印刷包装材料与技术北京市重点实验室 北京 102600)Microstructures and Tribological Properties of Diamond 2LikeC arbon Films G row n by Plasma E nhanced Chemical V apor DepositionY ang Li ,Chen Qiang 3,Zhang Shouye(Lab o f plasma Physics and Materials ,Beijing Institute o f Graphic Communication ,Beijing 102600,China ) Abstract The diam ond 2like carbon (D LC )films were grown by RF plasma 2enhanced chemical vapor deposition(PEC VD )with C 2H 2as the carbon s ource and arg on as the diluted gas ,on substrates of polythylene terephthalate (PET )and glass.The microstructures and properties of the films were characterized with F ourier trans form in frared spectroscopy (FTIR ),Raman spectroscopy ,atomic force microscopy (AFM )and conventional mechanical probes.The results show that the am orphous hydrogenated carbon layers ,in the form of sp 2and sp 3hybridized carbon com pound ,coagulate ,and that the stoichimetries of carbon and hydrogen depend on the film growth conditions.In addition ,the ratio of sp 2and sp 3found to strongly affects its com pactness ,its uniformity and its wear resistance. K eyw ords PEC VD ,Diamend 2like carbon films ,Structure analysis ,T ribological property 摘要 以C 2H 2为碳源,Ar 气为辅助气体,利用射频等离子体化学气相沉积的方法在有机薄膜PET 和载玻片上制备了类金刚石(diam ond 2like carbon ,D LC )薄膜。
表面技术第53卷第8期DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望汤鑫1，王静静1*，李伟1，胡月1，鲁志斌2，张广安2（1.上海理工大学 材料与化学学院，上海 200093；2.中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室，兰州 730000）摘要：类金刚石（DLC）薄膜是一种良好的固体润滑剂，能够有效延长机械零件、工具的使用寿命。
DLC 基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点，薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合，能从多个角度（如高温、硬度、润滑）进行设计来提升薄膜力学性能、摩擦学性能以及耐腐蚀性能等。
综述了DLC多层薄膜的设计目的与研究进展，以金属/DLC基纳米多层膜、金属氮化物/DLC基纳米多层膜、金属硫化物/DLC基纳米多层膜以及其他DLC基纳米多层膜为主，对早期研究成果及现在的研究方向进行了概述。
介绍了以上几种DLC基纳米多层膜的现有设计思路（形成纳米晶/非晶复合结构、软/硬交替沉积，诱导转移膜形成，实现非公度接触）。
随后对摩擦机理进行了分析总结：1）层与层间形成特殊过渡层，提高了结合力；2）软/硬的多层交替设计，可以抵抗应力松弛和裂纹偏转；3）高接触应力和催化作用下诱导DLC中的sp3向sp2转化，形成高度有序的转移膜，从而实现非公度接触。
最后对DLC基纳米多层膜的未来发展进行了展望。
关键词：DLC基纳米多层膜；力学性能；摩擦学性能；摩擦机理；结构中图分类号：TH117.1；TH142.2文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)08-0052-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.08.005Research Progress and Prospects on Tribological Propertiesof DLC Based Nano-multilayer FilmsTANG Xin1, WANG Jingjing1*, LI Wei1, HU Yue1, LU Zhibin2, ZHANG Guang'an2(1. School of Materials and Chemistry, Shanghai University of Technology, Shanghai 200093, China; 2. State Key Laboratory ofSolid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China)ABSTRACT: Friction and wear can cause surface damage of materials, especially metal materials, and shorten the service life of work pieces. DLC (diamond-like carbon) is an amorphous carbon film composed of mixed structures, usually formed by the mixture of sp2 carbon and sp3 carbon. With high hardness, low friction coefficient, good chemical inertness and biocompatibility, DLC is a kind of film with great potential, which has a wide range of applications in mechanical, electrical, biomedical engineering and other fields. Its super-hard, wear-resistant and self-lubricating properties meet the technical requirements of the modern manufacturing industry. It is widely used as solid lubricant for the surfaces of contact parts that rub against each other.收稿日期：2023-05-08；修订日期：2023-10-12Received：2023-05-08；Revised：2023-10-12基金项目：中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室开放课题（LSL-2205）；上海高校青年教师培养资助计划Fund：Open Project of State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences (LSL-2205); Shanghai University Youth Teacher Training Assistance Program引文格式：汤鑫, 王静静, 李伟, 等. DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望[J]. 表面技术, 2024, 53(8): 52-62.TANG Xin, WANG Jingjing, LI Wei, et al. Research Progress and Prospects on Tribological Properties of DLC Based Nano-multilayer Films[J]. Surface Technology, 2024, 53(8): 52-62.*通信作者（Corresponding author）第53卷第8期汤鑫，等：DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望·53·Compared with single-layer DLC films with single component, DLC based nano-multilayer films with alternating layers of two or more components can improve the mechanical and tribological properties better, which is due to that different layers in the nano-multilayer films have different combinations of physical and chemical properties. Therefore, it can be designed from many aspects (such as high temperature, hardness, lubrication, and corrosion) to improve the mechanical properties, tribological properties and corrosion resistance of the films. Usually, the nano-multilayer films have good impact resistance and plastic deformation resistance ability, which can effectively inhibit the formation and propagation of cracks, and have a good cycle service life under high load conditions.In this paper, DLC based nano-multilayer films were systematically reviewed, including metal/DLC based nano-multilayer films, metal nitride/DLC based nano-multilayer films, metal sulfide/DLC based nano-multilayer films and other DLC based nanolayer films. Firstly, the design background and concept of DLC multilayer thin films were elaborated. The design idea of multilayer films was to form a gradient mixing interface between multilayers to achieve gradient changes in composition and properties. This multilayer structure could produce unique structural effects, which could effectively reduce various stresses generated during the friction process, and significantly improved the adhesion strength between film and substrate and the overall elastic modulus of the film, which had important significance for the structure evolution of DLC based nano-multilayer films and the interface action mechanism. Then, the friction mechanisms were summarized. The main friction mechanisms of DLC multilayer films were concluded as follows: 1) The nanocrystalline/amorphous structure was formed, which improved the binding force between the layers and reduced the shear force and friction force; 2) The soft/hard multilayer alternating design resisted stress relaxation and crack deflection; 3) Under the action of pressure, the amorphous carbon layer was induced to forma two-dimensional layered structure to achieve incommensurate contact and effectively reduce friction and wear. Finally, thefuture development of DLC-based nano-multilayer films was forecasted. To improve the tribological properties of DLC composite films under extreme, varied and complex conditions, it is necessary to carry out researches from multiple perspectives: 1) Establishing a multi-material system, which combines doping and multilayer gradient design; 2) Regulating the crystal growth rate and increasing the deposition rate and density of the films by multi-technology co-preparation;3) Establishing a more scientific model to study the friction mechanism of DLC.KEY WORDS: DLC based nano-multilayer films; mechanical properties; tribological properties; friction mechanism; structure摩擦磨损现象广泛存在于机械零件的直接接触中，如机械传动、齿轮咬合。
类金刚石及掺硅类金刚石超薄膜的制备和摩擦学性能研究的开题报告题目：类金刚石及掺硅类金刚石超薄膜的制备和摩擦学性能研究一、研究背景和意义超硬材料是目前材料领域的热点之一，类金刚石和掺硅类金刚石因其硬度高、耐磨损、导热性能好等优异特性，被广泛应用于各个领域。
在摩擦学领域，超硬材料具有优异的耐磨损性能和摩擦性能，可以用于润滑剂、机械密封件、切削工具等多个领域。
类金刚石及掺硅类金刚石超薄膜作为超硬材料的一种新型形态，具有更高的硬度和较低的摩擦系数，因而在摩擦学领域具备更广阔的应用前景。
然而，由于其制备工艺和质量控制的难度，目前文献报道较少，需要进一步开展研究。
本研究旨在开发一种可靠的方法制备类金刚石及掺硅类金刚石超薄膜，并研究其摩擦学性能，为该材料的应用提供理论基础和实验支撑。
二、研究内容1. 制备类金刚石及掺硅类金刚石超薄膜的方法探究1.1 金属有机化学气相沉积法（MOCVD）1.2 离子束沉积（IBD）2. 超薄膜结构表征2.1 X射线衍射（XRD）2.2 扫描电子显微镜（SEM）3. 摩擦学性能测试3.1 微硬度计测试表征3.2 磨损测试3.3 摩擦系数测试4. 结果分析和总结4.1 通过对制备参数的优化，实现类金刚石及掺硅类金刚石超薄膜的高效制备；4.2 对超薄膜的结构和性能进行表征，探究其摩擦学性能的机理；4.3 总结超薄膜制备的工艺控制方法，为材料的实际应用提供参考。
三、研究计划本研究计划用时两年，具体计划如下：第一年：1. 完成类金刚石及掺硅类金刚石超薄膜的制备方法探究和最优化参数确定；2. 超薄膜的表征方法的建立和完善，包括XRD、SEM等表征方法的优化；3. 完成超薄膜的摩擦学性能初步测试。
第二年：1. 进行超薄膜的摩擦学性能测试的进一步探究和机理研究；2. 利用已有数据进行超薄膜的性能优化和改进；3. 对研究结果的分析和总结，并撰写毕业论文。
四、研究难点1. 超薄膜制备条件的优化；2. 超薄膜的质量和厚度控制；3. 超薄膜的结构和性能表征。
SiC基底HFCVD金刚石薄膜摩擦磨损性能王贺;沈建辉;刘鲁生;闫广宇;吴玉厚;熊家骥;DANIEL Cristea【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》【年(卷),期】2022(42)3【摘要】利用热丝化学气相沉积技术在碳化硅基底上制备微米金刚石薄膜、纳米金刚石薄膜和金刚石–石墨复合薄膜,采用扫描电子显微镜、原子力显微镜和拉曼光谱仪对不同金刚石薄膜的表面形貌和微观结构进行表征,通过摩擦磨损实验测试金刚石薄膜的摩擦系数并计算其磨损率,对比研究不同种类金刚石薄膜的摩擦磨损性能。
结果表明:金刚石–石墨复合薄膜具有较好的摩擦磨损性能,薄膜表面粗糙度为53.8 nm,摩擦系数为0.040,和纳米金刚石薄膜(0.037)相当;金刚石–石墨复合薄膜的磨损率最低,为2.07×10^(−7)mm^(3)·N^(−1)·m^(−1)。
在相同实验条件下,同碳化硅基底的磨损率(9.89×10^(−5)mm^(3)·N^(−1)·m^(−1))和摩擦系数(0.580)相比,所有金刚石薄膜的磨损率和摩擦系数均有明显提升,说明在SiC基体表面沉积金刚石薄膜能够显著提高碳化硅材料在摩擦学领域的使役性能。
【总页数】7页(P283-289)【作者】王贺;沈建辉;刘鲁生;闫广宇;吴玉厚;熊家骥;DANIEL Cristea【作者单位】现代建筑工程装备与技术国际合作联合实验室;沈阳建筑大学机械工程学院;中国科学院金属研究所;布拉索夫特兰西瓦尼亚大学材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TQ174.1【相关文献】1.Ti6Al4V表面磁控溅射高硬SiC薄膜的摩擦磨损性能2.HFCVD 聚晶金刚石薄膜与 TC1对磨摩擦磨损性能研究3.高速列车SiC3D/Al制动盘−石墨/SiC摩擦片摩擦副的制备､显微结构及摩擦磨损性能4.高速列车SiC3D/Al制动盘-石墨/SiC摩擦片摩擦副的制备、显微结构及摩擦磨损性能因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
超厚类金刚石薄膜的制备及其摩擦学性能研究超厚类金刚石薄膜的制备及其摩擦学性能研究摘要：超厚类金刚石薄膜作为硬度极高、耐磨损的材料，在摩擦学领域具备广阔的应用前景。
本文通过介绍超厚类金刚石薄膜的制备方法，重点探讨了其在摩擦学性能方面的研究进展。
研究结果表明，超厚类金刚石薄膜具有极高的硬度和耐磨性，具备优异的摩擦学性能。
其中，薄膜制备过程中的气氛控制、衬底条件、沉积速率等因素对薄膜质量和性能有着重要影响。
此外，超厚类金刚石薄膜在摩擦实验中的摩擦系数、磨损率以及润滑性能也受到多种因素的影响，包括润滑剂的选择、工作环境和应变率等。
综上所述，超厚类金刚石薄膜的制备及其摩擦学性能研究为发展高性能润滑材料和提高机械设备寿命提供了基础和指导。
关键词：超厚类金刚石薄膜；制备方法；摩擦学性能；气氛控制；润滑性能1. 引言超厚类金刚石薄膜是指薄膜的厚度可以达到数十个纳米乃至更厚的一种纳米薄膜材料。
由于其具有硬度极高、磨损性能优异等特点，被广泛应用于摩擦学领域，如高精密机械设备的摩擦副材料、润滑材料等。
因此，超厚类金刚石薄膜的制备方法研究以及对其摩擦学性能的深入研究具有重要意义。
2. 超厚类金刚石薄膜的制备方法超厚类金刚石薄膜的制备方法主要包括化学气相沉积法（CVD）和物理气相沉积法（PVD）等。
CVD法是将碳源气体与反应气体在高温条件下反应生成金刚石薄膜的方法，其中常用的碳源气体有甲烷、乙炔等。
PVD法主要通过物理蒸发或溅射的方式使金刚石原料在高真空环境下冷凝形成薄膜。
目前，这些方法已经得到了广泛应用，并通过不断改进来提高薄膜的质量和厚度。
3. 超厚类金刚石薄膜的摩擦学性能研究超厚类金刚石薄膜在摩擦学性能方面表现出优异的特点。
首先，超高硬度使其在摩擦副材料中具有优异的耐磨性能；其次，由于薄膜结构致密且无缺陷，其摩擦系数通常较低，能够减少摩擦损失；此外，超厚类金刚石薄膜表面平整且具有较强的润湿性，可以提高润滑效果。
因此，超厚类金刚石薄膜在摩擦学领域有广泛应用前景。
电化学沉积DLC薄膜的摩擦学性能研究摘要本研究利用电化学沉积技术在不锈钢基底上制备了薄膜。
通过扫描电子显微镜和原子力显微镜对薄膜的形貌和表面粗糙度进行了表征。
利用X射线光电子能谱和拉曼光谱分析了薄膜的化学成分和结构。
利用球-盘摩擦测试系统研究了薄膜的摩擦学性能，并通过纳米压痕测试系统研究了薄膜的硬度。
结果表明，所制备的薄膜具有较低的摩擦系数和较高的硬度。
通过对不同电化学沉积参数的优化，可进一步提高薄膜的摩擦学性能。
引言针对表面润滑剂限制应用范围和润滑薄膜易损耗的问题，纳米复合材料薄膜逐渐成为提高材料表面摩擦学性能的研究重点。
钻石样碳（DLC）薄膜因其良好的抗磨性和低摩擦系数，成为研究热点之一。
而电化学沉积方法由于其简单、经济、环境友好等特点，成为制备DLC薄膜的有效途径。
实验方法1. 不锈钢基底的超声清洗2. 电化学沉积薄膜3. 薄膜的表征和化学成分分析4. 摩擦学性能测试结果与讨论通过扫描电子显微镜和原子力显微镜观察，所制备的薄膜表面均匀平整，具有较低的表面粗糙度。
X射线光电子能谱分析结果表明，所制备的薄膜主要由碳和氢元素组成，具有DLC薄膜的特征。
拉曼光谱分析结果显示，薄膜具有sp3和sp2杂化结构。
通过球-盘摩擦测试系统对薄膜的摩擦学性能进行了测试。
结果显示，所制备的薄膜具有较低的摩擦系数，表现出良好的摩擦学性能。
同时，通过纳米压痕测试系统测得的硬度值表明，薄膜具有较高的硬度。
结论本研究成功制备了具有良好摩擦学性能的电化学沉积DLC薄膜。
所制备的薄膜具有低摩擦系数和高硬度的特点，可应用于降低摩擦和磨损的领域。
进一步的优化电化学沉积参数可以进一步提高薄膜的摩擦学性能。
讨论通过电化学沉积制备的DLC薄膜具有很好的摩擦学性能，这主要归因于其特殊的化学成分和结构。
具体来说，DLC薄膜由类石墨结构（sp2杂化）和金刚石结构（sp3杂化）组成，其中金刚石结构赋予其良好的硬度，而类石墨结构则使其具有低摩擦系数。
