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采用直流磁控溅射技术在聚醚醚酮(PEEK)表面制备不同厚度的类金刚石(DLC)薄膜，研究了沉积时间对其表/界面结构、组分、疏水、力学和光透过性能的影响。结果表明，在平均沉积速率为5.71 nm/min的条件下，随着沉积时间的延长DLC薄膜的厚度线性增大、碳原子的致密性提高、界面互锁结构增强，而界面结合强度逐渐降低。沉积时间≤15 min时，基体结构的影响使拟合计算出的I_D/I_G值为0.23～0.25和sp~2/sp~3比值较小(0.58～0.74)；沉积时间>15 min时基体的影响较小，I_D/I_G值突增大至0.81,sp~2/sp~3值也比较大(0.96～1.12)。沉积时间的延长使...

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表面改性 材料表面与界面 沉积时间 界面结合 聚醚醚酮 类金刚石薄膜

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目的研究表面织构与类金刚石薄膜(DLC)的复合处理方法,提高在GCr15钢盘表面在全氟聚醚(PFPE)润滑脂润滑下的摩擦学性能。方法设计了四种表面织构与两种厚度的DLC涂层相结合,采用两种加工方法(在织构表面镀上DLC涂层,在DLC涂层上加工织构),对GCr15金属盘表面进行处理。选用全氟聚醚润滑脂作为润滑介质,通过球-盘摩擦磨损实验,评价了在织构化和DLC涂层协同处理下,GCr15金属盘表面的摩擦学性能,并通过光学显微镜对磨痕形貌进行分析。结果在四种织构表面中,微纹织构的减摩抗磨性能最好,与DLC膜的协同效果最好,在设定的实验条件下,得到的摩擦系数为0.1186,球斑直径为159.68μm。DLC镀膜处理的试样中,3μm厚的DLC膜试样在实验中的减摩性能较好,摩擦系数较低,但是磨斑尺寸较大,约为508.86μm。在织构上镀DLC膜的复合处理方法,对于摩擦学性能改善不明显。在DLC薄膜上加工微纹织构的表面,表面织构化和DLC镀膜的耦合性能好,尤其在3μm厚DLC膜上加工微纹织构的试样,实验得到的摩擦系数仅为0.09946,磨斑尺寸为192.22μm。结论 DLC涂层上加工微纹织构的复合处理方法,结合了微纹织构的储油特性和DLC的减摩特性,两种处理方法产生了正向协同作用,得到具有较好减摩和抗磨性能的摩擦表面。

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PFPE润滑脂 表面织构 复合处理 类金刚石薄膜 摩擦 磨损

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目的研究表面织构与类金刚石薄膜(DLC)的复合处理方法,提高在GCr15钢盘表面在全氟聚醚(PFPE)润滑脂润滑下的摩擦学性能。方法设计了四种表面织构与两种厚度的DLC涂层相结合,采用两种加工方法(在织构表面镀上DLC涂层,在DLC涂层上加工织构),对GCr15金属盘表面进行处理。选用全氟聚醚润滑脂作为润滑介质,通过球-盘摩擦磨损实验,评价了在织构化和DLC涂层协同处理下,GCr15金属盘表面的摩擦学性能,并通过光学显微镜对磨痕形貌进行分析。结果在四种织构表面中,微纹织构的减摩抗磨性能最好,与DLC膜的协同效果最好,在设定的实验条件下,得到的摩擦系数为0.1186,球斑直径为159.68μm。...

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PFPE润滑脂 表面织构 复合处理 类金刚石薄膜 摩擦 磨损

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测试了CoCrMo合金表面沉积类金刚石薄膜与CoCrMo在水溶液润滑下的摩擦磨损行为。结果表明:摩擦副在不同浓度牛血清白蛋白溶液润滑下的平均摩擦因数均在0.10左右,CoCrMo合金销磨损量最小值为1.69×10^-5mm^3;相同条件下,生理盐水溶液润滑的磨损量为1.38×10^-5mm^3,且销表面有转移膜生成;牛血清白蛋白溶液润滑时,界面蛋白吸附层屏蔽了转移膜的形成。根据结果可知,转移膜的形成经历了磨屑附着、连续转移、局部脱落的过程。

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CoCrMo合金 类金刚石膜 摩擦 磨损 润滑

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本实用新型提供了一种厨用锅具，包括锅体和锅把，锅体内表面涂覆有内表面类金刚石涂层，锅体和锅把的外表面涂覆有外表面类金刚石涂层，内表面类金刚石涂层和外表面类金刚石涂层间的锅体底部的材料中添加有微米铁或微米铁合金粉末填充于锅底层中的微米铁或微米铁合金粉末可以充分改善锅具的磁导率，从而提高电热转换效率，进一步节省时间、节约能源；包覆于锅体外表面的类金刚石涂层，可以使整个锅体在高温明火上服役时均匀受热，防止锅体外表面生成柔软的碳素发生高温蠕变产生裂纹和微孔；涂覆于锅体内外表面的类金刚石薄膜具有很高的光洁度，再加上极高的抗磨损抗腐蚀特性，无论锅具所盛的食物呈酸性还是碱性，锅具都不会受腐蚀，食物不粘锅，易清洗，使得锅具持久鲜亮。

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冰箱压缩机是家用冰箱的重要部件之一，其噪声水平近年来日益引起人们的重视。阀片作为冰箱压缩机的关键零部件，在流场中周期性的往复运动使它成为压缩机气阀的主要噪声源，同时也是易损部件。本文结合理论和模拟两方面对冰箱压缩机吸排气阀片的噪声产生机理进行研究，在此基础上提出了一种新的阀片降噪优化方案并通过实验进行了验证。 本文以声学理论和流体力学为基础，首先从理论上对全封闭冰箱压缩机阀片噪声的产生机理进行了研究，并通过ADINA软件建立冰箱压缩机工作过程的数学模型，验证阀片噪声的产生机理。搭建冰箱压缩机噪声测试试验台，在半消声室利用十点法对标准测试工况下的冰箱压缩机进行噪声测试，确定本文阀片降噪研究的目标频率范围。在理论研究的基础上，提出使用非平衡磁控溅射设备在压缩机的吸排气阀片表面上制备掺杂类金刚石薄膜的优化方案，并采用X射线衍射、摩擦磨损实验仪、扫描电镜、显微硬度计等测试方法研究了镀膜后阀片的性能。然后通过噪声实验对比吸排气阀片镀膜前后压缩机的噪声水平，并研究镀膜厚度、系统工况对压缩机噪声的影响；设计冰箱压缩机p-V图测试系统，利用示功图定量分析吸排气阀片镀膜前后的压缩机性能。最后，通过扫描电镜观察阀片运行2小时后阀片的表面特征，研究镀膜对阀片疲劳断裂的影响。 研究结果表明：在不改变气阀效率的基础上，减小阀片表面的摩擦系数，降低气阀流动阻力损失，能有效降低气阀噪声；镀膜后的吸排气阀片虽然在硬度上有所增加，但在摩擦磨损性能方面具有显著的提高，并改善了阀片的表面缺陷，有效抑制了阀片表面裂纹的产生；吸排气阀片镀膜后的压缩机噪声和镀膜前相比降低了1.8dB(A)，主要为吸气侧的气动噪声，镀膜的厚度对噪声不敏感；吸排气阀片镀膜后压缩机耗功增加了5.31W，但实际吸气量和制冷量也随之增加，阀片镀膜后的压缩机COP较镀膜前降低了0.6%，且COP随着镀膜厚度的增加而减小。

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冰箱压缩机 镀膜 阀片 示功图 噪声

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随着人类寿命延长及社会老龄化节奏的加快，骨性关节炎的发病率有逐年上升的趋势；重大疾病或意外伤害使年轻患者的数量日益明显。由此造成了很大部分患者的治疗要依赖于人工关节的置换，这对长寿命人工关节的需求极为迫切。针对全金属（CoCrMo合金）型人工髋关节的磨损与腐蚀问题，运用表面改性技术以改善材料的摩擦学性能，探究其在不同工况下的磨损机制。论文的主要成果包括： 通过高温热处理的方法在真空环境下制备了氧化改性层，提高了表面硬度。考察了氧化改性试样与CoCrMo平面销在往复摩擦运动下的磨损特点。当接触压力为3.6 MPa（正常人的较高负载）时，摩擦副在牛血清白蛋白（BSA）溶液润滑下的摩擦系数为0.18。氧化改性层结构致密，磨损表面光滑，仅有局部的改性层剥落。而相同条件下未处理试样的摩擦系数为0.22且表面分布有大量犁沟，呈现出典型的犁沟磨损特征。进一步强化磨损测试（施加初始平均接触压力约0.70 GPa），得到稳定期销磨损量值约为3.00×10-4 mm3，氧化层表现出疲劳剥落失效。 借助非平衡磁控溅射技术在光滑的CoCrMo合金表面沉积类金刚石薄膜（DLC），通过掺杂Cr元素以得到梯度变化的薄膜结构，薄膜硬度增加至13 GPa。研究了DLC薄膜与CoCrMo球面销在水溶液润滑下的摩擦磨损行为。当作用载荷为10 N（初始平均接触压力约0.70 GPa）时，摩擦副在BSA溶液润滑下的平均摩擦系数约为0.13，销磨损量达到1.96×10-5 mm3。相同条件下，在生理盐水溶液润滑下的摩擦系数约为0.09，销磨损量为1.38×10-5 mm3。分析磨损表面的变化发现在生理盐水和蒸馏水润滑介质下，磨痕表面有转移膜，而在BSA溶液润滑下却未观察到，表明BSA蛋白吸附层屏蔽了转移膜的形成。随时间变化，转移膜的形成经历了磨屑附着，连续转移以及局部脱落的过程。 通过改性表面在水溶液下的极化特性，评价改性表面的耐腐蚀稳定性。氧化改性层在生理盐水溶液下的腐蚀电流密度约为0.62 µA•cm-2且对应的腐蚀电势为-0.13 V，而在BSA介质下的腐蚀电流密度增加至1.07 µA•cm-2。相同条件下，DLC薄膜在生理盐水和BSA溶液下的腐蚀电流密度分别为0.48 µA•cm-2 和0.53 µA•cm-2。表面的腐蚀形貌观察可发现氧化改性层存在局部剥落现象，而DLC薄膜表面只有微小的点蚀区域。与参照试样相比，改性试样表面腐蚀电流密度值相对减小，主要由于改性表面能够阻止金属离子渗出从而使得电荷传递受阻。 鉴于DLC薄膜体现出较好的摩擦及耐腐蚀性能，进一步研究了DLC改性试样的有效润滑剂，重点考察了添加卵磷脂对润滑的影响。通过超声组合分散法制备了粒径在200 nm左右的卵磷脂。在卵磷脂润滑作用下，DLC改性前、后的配副摩擦系数均较小，约为0.11，且DLC试样表面的磨损轻微。采用卵磷脂和蛋白质复合润滑时，基体试样的摩擦系数高至0.18左右，而DLC改性的配副摩擦系数低至0.10左右，未见BSA蛋白质的屏蔽作用。 本研究在CoCrMo合金表面制备氧化改性层，提高了材料的耐磨性能；同时针对当前的研究热点DLC改性薄膜，阐述了水溶液润滑下石墨转移层形成特点及摩擦机理；通过分析磷脂润滑性能，提出了不同种分子之间可能存在的分子缔合或者竞争吸附，为多尺度研究提供有利条件。

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CoCrMo DLC膜 摩擦学 氧化层

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四面体非晶碳（ta-C）膜是指sp3键含量高于70%的无氢类金刚石(DLC)膜。它具有优良的物理和化学特性，在许多领域都展现出广阔的应用前景。ta-C薄膜在成为研究热点的同时，也在实际应用中暴露出膜基附着力差和镀层加厚易开裂这两个亟待解决的问题。本文提出利用在硅片基底上制备表面纳米织构的新工艺来提高ta-C薄膜的附着力和降低薄膜内应力。使用离子束表面改性技术在样品上成功制备出纳米织构，并研究了表面纳米织构形貌特点和排列规律与工艺参数的关系，观察到当氩离子束垂直于硅片轰击15min时，硅片表面形成点阵纳米织构，而当氩离子束与硅片法向成60°角轰击15min后，硅片表面形成波纹状纳米织构。研究了硅片基底纳米织构对ta-C薄膜表面形貌的调制现象，发现基底纳米织构会引起薄膜在生长过程中出现明显的岛式生长，使薄膜表面粗糙度随沉积时间的增加呈现先减小后增大再减小的变化规律。发现硅片基底表面纳米织构将ta-C薄膜磨损时间从不足10分钟提高到约50分钟，将附着力从2牛提高到接近10牛。指出基底纳米织构通过改变ta-C薄膜的表面形貌，减小了薄膜与对磨材料间的接触面积，降低了表面犁沟的产生几率，从而改善了薄膜的耐磨性。指出基底表面纳米织构使膜基界面层中碳硅原子结合更加充分，促使更多数量的碳硅键形成，使膜基结合更加紧密；另一方面基底表面纳米织构的非晶层结构引起薄膜内部sp3键含量降低，减小了薄膜内应力，从而提高了ta-C薄膜的附着力。本文提出利用传统的热扩散掺杂工艺制备掺硼ta-C薄膜，验证了高温下ta-C薄膜的热稳定性，研究了ta-C:B薄膜的内部结构和导电性随掺硼热扩散时间变化的规律，指出硼原子在ta-C薄膜中的有效掺杂形式是与碳原子形成sp2杂化，这一行为促进了ta-C薄膜的石墨化，使得薄膜sp2键含量增加，导电性得到提高，电阻率从1.5×106Ω&#8226cm下降到约350Ω&#8226cm。扩散时间继续增加时，薄膜中硼原子相对含量增大，硼碳化合物的生成成为主要作用，这一过程抑制ta-C薄膜的石墨化，sp3键和sp2键相对含量基本不变，sp3键含量始终保持在60%以上，薄膜仍然保持了硬质类金刚石薄膜的优异性能。

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四面体非晶碳膜离子束表面改性基底纳米织构附着力热扩散

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本文采用电弧增强型磁控溅射（AEMS）技术在生物医用NiTi合金表面制备出梯度类金刚石（DLC）薄膜，梯度膜的成分设计理念是Ti—TiC—TiC+DLC—DLC，以期消除薄膜内应力大、膜基结合力差的弱点。通过Raman光谱、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、摩擦磨损及体外生物学试验，较为系统地研究了NiTi合金表面不同温度、偏压条件下制备的梯度DLC薄膜的微观结构特征和力学性能及生物相容性。

Keyword ：

NiTi合金类金刚石薄膜力学性能生物相容性电弧增强型磁控溅射

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表面波等离子体(Surface-wave-sustained plasma,SWP)是近年发展起来的一种新型低压、高密度等离子体.应用这种技术,很容易实现镀膜过程中的离子束辅助沉积(IBAD),从而制备出性能优异的类金刚石薄膜(DLC).本文介绍了一种新型的SWP源,说明了朗缪尔探针等离子体诊断的基本原理,研究了微波功率、靶电压、真空度等对等离子体特性的影响.测试了不同工艺条件下的等离子体密度,电子温度,等离子体电位,悬浮电位.研究结果表明,微波功率、靶电压和真空度等参数对等离子体特性具有重要的影响.结果同时表明,这种表面波等离子体源即使在0.85 Pa的真空度下也能够产生高达1.87×1011 cm-3的电子密度(在2.8 Pa可达2.1×1012cm-3).

Keyword ：

表面波等离子体 电子密度 工艺参数 类金刚石薄膜

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