多尺度强韧化类金刚石碳基薄膜研究与应用取得进展

2011-4-08 11:03 来源: 中国科学院
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  中科院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室薛群基院士和王立平研究员带领的团队在多尺度强韧化类金刚石碳基薄膜研究与应用方面取得了重要进展。

  随着对装备节能减排环境方面要求以及不断提升的高精度、高可靠性和长寿命方面的高标准要求,新一代节能、降耗、低碳型的汽车发动机、核电机械密封系统、压缩机无油润滑系统、纺织机械系统、精密模具、精密传动系统、轴承系统等行业领域,无不体现出对新型强化与润滑一体化表面防护技术的迫切需求。其中,以类金刚石为代表的碳基复合薄膜材料因具有高硬度与低摩擦一体化特性优势,一直是各国低摩擦表面技术领域研究的热点之一。然而,类金刚石碳基复合薄膜存在诸如①韧性低、脆性强以及热稳定性差;②高应力和膜基结合弱;③摩擦学行为受环境影响很大等问题,仍然是制约该类薄膜寿命和可靠性的关键瓶颈。如何在复杂多变的环境条件及特殊工况下发挥该类薄膜材料的优势,已成为急需解决的关键技术问题。

  该研究组采用多功能复合气相沉积技术,基于多层梯度、多元掺杂、多相复合、微/纳织构理念,突破了碳基复合薄膜制备中多尺度强韧化构筑、极端尺寸和形状(极端大/小,复杂形状,输油管内壁等)零部件表面碳基薄膜可靠结合和均匀施镀瓶颈技术,开发了相应的活塞环、发动机挺柱、制冷机活塞、压缩机叶片或滑片、模具等关键零部件表面高性能碳基薄膜技术。揭示了碳基复合薄膜在特殊服役环境下的损伤失效机理,提出影响该类复合薄膜材料的延寿理论和增韧模型。

  相关研究工作得到了科技部“863”项目的支持,近期有6篇论文陆续发表在国际摩擦学知名刊物Tribology Letters上 (2010,38:155-160; 2010, 38: 195-205; 2010, 40: 301-310; 2011, 41: 439-449; 2011, 41: 163-170; 2011, 41: 435-438)。

图1压缩机叶片、制冷机活塞表面多层梯度碳基薄膜技术

图2汽车发动机挺柱表面多尺度强韧化碳基薄膜技术

图3复杂形状管道内壁表面超厚类金刚石碳基薄膜技术

图4大面积沉积超厚类金刚石碳基薄膜技术