一种DLC薄膜摩擦诱导石墨化相变抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种DLC薄膜摩擦诱导石墨化相变抑制方法，涉及机械设计摩擦与润滑技术领域，其技术方案要点是：首先将钯纳米颗粒加入烷烃基础油中并超声分散得到含钯纳米颗粒作为DLC薄膜摩擦诱导石墨化抑制添加剂；之后将该润滑剂用于DLC薄膜与轴承钢的摩擦磨损实验。本发明专利技术以钯纳米颗粒作为摩擦化学催化剂，利用复杂的摩擦环境来驱动钯纳米颗粒催化剂对烷烃基础油的催化脱氢作用，原位形成无定形碳基摩擦膜，实现抑制DLC薄膜因摩擦而引起的石墨化相变，从而减少DLC薄膜因石墨化而引起的摩擦学性能退化。的摩擦学性能退化。的摩擦学性能退化。

【技术实现步骤摘要】
一种DLC薄膜摩擦诱导石墨化相变抑制方法


[0001]本专利技术涉及机械设计摩擦与润滑
，更具体地说，它涉及一种DLC薄膜摩擦诱导石墨化相变抑制方法。

技术介绍

[0002]类金刚石碳膜(DLC)是一种主要以sp2
‑
C和sp3
‑
C杂化的碳膜，因同时具有金刚石和石墨的性质，即具有较好的耐磨性和自润滑性，而常被应用于摩擦学领域。但由于受到摩擦温升和剪切的作用，DLC薄膜会发生石墨化相变而降低其耐磨性，而这种相变不可逆且无法自动补偿，因此降低了DLC薄膜的服役寿命。
[0003]在有关应对DLC薄膜石墨化的技术中，一种钒/钇共掺杂DLC涂层及其制备方法(CN113913735A)公开了钇的掺杂可提高DLC薄膜发生石墨化的温度，即提高了DLC薄膜的热稳定性，从而减少DLC薄膜石墨化的进程。减缓DLC薄膜石墨化的处理方法(CN104498911A)公开了在DLC薄膜表面沉积电极来减缓激光系统中DLC薄膜石墨化的方法：当通过直流电源向电极施加偏压时所产生的横向或纵向电场可有效减少激光辐照区域产生的热能量,从而减缓薄膜的石墨化。以上技术中，前者是在DLC制备环节通过元素共掺杂改变DLC薄膜的成分或微观结构，提升了DLC薄膜发生石墨化的温度；后者是在应用过程中施加偏置电压，使激光辐射区域的能量降低，从而减缓薄膜的石墨化。现有技术中无法避免因摩擦滑移剪切运动和摩擦热所致的石墨化相变带来的DLC薄膜摩擦学性能退化问题。
[0004]此外，一种实现碳薄膜超低摩擦的摩擦催化设计方法(CN112210417A)通过催化协同作用，利用活性金属纳米颗粒对碳的吸附钝化及相变作用，使碳薄膜无定形碳结构向石墨烯的有序化转变，形成石墨烯包裹纳米颗粒的类滚珠减摩产物来实现碳膜的超低摩擦。该摩擦催化的方法为原位补偿DLC薄膜摩擦诱导石墨化起到一定的启示。但已有技术不涉及DLC薄膜的摩擦诱导石墨化抑制问题，相反是通过摩擦催化碳薄膜向有序化的石墨烯结构转化用于包裹纳米金属颗粒，实现类滚珠化的减磨效应。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种DLC薄膜摩擦诱导石墨化相变抑制方法，能够通过借助摩擦催化效应，解决DLC薄膜因摩擦诱导石墨化无法原位补偿而造成的抗磨性能退化的问题。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种DLC薄膜摩擦诱导石墨化相变抑制方法，包括以下三个步骤：
[0007]S1：制备DLC薄膜；
[0008]S2：配置含钯纳米颗粒添加剂的润滑剂；
[0009]S3：开展原位构筑含纳米钯碳基薄膜处理。
[0010]本专利技术进一步设置为：步骤S1中制备DLC薄膜具体操作如下：首先用砂纸对待沉积DLC薄膜的表面进行打磨，之后超声清洗除去表面杂质；最后以碳板为阳极，不锈钢为阴极，
以无水乙醇为碳源，在沉积电压为300V、极间距为2mm、50℃的恒温水浴中沉积制得DLC薄膜。
[0011]本专利技术进一步设置为：步骤S2中配置含钯纳米颗粒添加剂的润滑剂具体操作如下：将钯纳米颗粒加入到150N基础油中并超声分散，配置钯纳米颗粒添加剂润滑剂。
[0012]本专利技术进一步设置为：步骤S3中开展原位构筑含纳米钯碳基薄膜处理的具体操作如下：将S1所制得的含DLC薄膜试样与轴承钢组成摩擦副，其中下试样为含DLC薄膜的试样，上试样为轴承钢球，接触载荷为0.33GPa，线速度为0.05
‑
3m/s，室温下开展摩擦处理，摩擦过程中下试样旋转，上试样固定。
[0013]本专利技术进一步设置为：所述原位构筑含纳米钯碳基薄膜处理采用油池润滑，将S2所配置的含钯纳米颗粒添加剂的润滑油作为润滑剂，150N基础油为对比油样。摩擦运行中，钯纳米颗粒催化基础油分子脱氢断链，在DLC薄膜表面原位形成含纳米钯碳基摩擦膜。
[0014]综上所述，本专利技术具有以下有益效果：
[0015]1.本专利技术利用复杂的摩擦环境(高剪切、摩擦闪温、摩擦发射低能外电子等)来驱动摩擦系统的摩擦化学催化反应。在复杂的摩擦环境下，钯纳米颗粒催化基础油脱氢、断链在摩擦表面形成摩擦膜，从而抑制摩擦诱导DLC薄膜的石墨化相变。
[0016]2.本专利技术的方法不但突破了DLC薄膜因摩擦诱导引起的不可逆石墨化造成薄膜抗磨性能退化问题，而且具有操作简单、无需停机、拆机等优点。
[0017]3.本专利技术操作简单可行，对减少DLC薄膜的磨损、延长其服役寿命具有重要价值，特别适用于含DLC薄膜的长寿命高附加值摩擦系统润滑。
附图说明
[0018]图1是本专利技术在150N基础油润滑下，经过摩擦运行22小时后DLC薄膜Raman光谱对比图。(a)DLC薄膜磨痕外Raman光谱；(b)DLC薄膜磨痕内Raman光谱；
[0019]图2是本专利技术在150N基础油中添加钯纳米颗粒添加剂的润滑下，经过摩擦运行22小时后DLC薄膜Raman光谱对比图。(a)DLC薄膜磨痕外Raman光谱；(b)DLC薄膜磨痕内Raman光谱；
[0020]图3是本专利技术摩擦磨损实验后DLC薄膜磨痕横截面TEM图片。(a)磨痕横截面TEM图片；(b)摩擦膜高分辨率TEM图片；
[0021]图4是本专利技术磨合到稳定阶段(10小时)的摩擦系数对比曲线。
具体实施方式
[0022]以下结合附图1
‑
4对本专利技术作进一步详细说明。
[0023]实施例：一种DLC薄膜摩擦诱导石墨化相变抑制方法，首先用60
‑
3000目的砂纸对待沉积DLC薄膜的表面进行打磨，之后超声清洗5min除去表面杂质；最后以碳板为阳极，304不锈钢为阴极，以体积分数为10％的无水乙醇为碳源，在沉积电压为300V、极间距为2mm、50℃的恒温水浴中沉积3小时制得DLC薄膜。
[0024]将粒径小于100nm的钯纳米颗粒加入到150N基础油中并超声分散5min，配置钯纳米颗粒添加剂质量分数为0.5％的润滑剂。
[0025]将所制得的含DLC薄膜试样与轴承钢组成摩擦副，其中下试样为含DLC薄膜的试
样，上试样为轴承钢球，施加载荷为0.33GPa，室温下开展原位构筑含纳米钯，平均线速度为0.1125m/s，摩擦过程中下试样旋转，上试样固定。
[0026]摩擦实验采用油池润滑，分别将150N基础油和含钯纳米颗粒添加剂的润滑油作为润滑剂，实验运行22小时。
[0027]本专利技术中制备DLC薄膜的方法包括但不限于电沉积方法所制备，例如物理气相沉淀(PVD)、化学气相沉淀(CVD)和等离子增强化学气相沉淀(PECVD)等均可实现DLC薄膜的制备。
[0028]制备润滑剂加入的钯纳米颗粒粒径包括但不限于小于100nm。
[0029]对本方法涉及的含DLC薄膜摩擦系统的配对材料包括但不限于轴承钢。
[0030]本专利技术中使用的烷烃基础油包括但不限于150N基础油。
[0031]对本专利技术涉及的纳米润滑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种DLC薄膜摩擦诱导石墨化相变抑制方法，其特征是：包括以下三个步骤：S1：制备DLC薄膜；S2：配置含钯纳米颗粒添加剂的润滑剂；S3：原位构筑含纳米钯碳基薄膜处理。2.根据权利要求1所述的一种DLC薄膜摩擦诱导石墨化相变抑制方法，其特征是：步骤S1中制备DLC薄膜具体操作如下：首先用砂纸对待沉积DLC薄膜的表面进行打磨去除氧化层，之后超声清洗除去表面杂质；最后以碳板为阳极，不锈钢为阴极，以无水乙醇为碳源，沉积电压为300
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900V、极间距为2
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6mm，在45
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55℃的恒温水浴中沉积2
‑
5h制得DLC薄膜。3.根据权利要求1所述的一种DLC薄膜摩擦诱导石墨化相变抑制方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨绿，孙海博，吴怀超，童国顺，姚旭凯，赵丽梅，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：