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类金刚石纳米薄膜的表面摩擦规律及磨损模型

张岩 张广玉 李隆球 肖万伸

张岩, 张广玉, 李隆球, 等. 类金刚石纳米薄膜的表面摩擦规律及磨损模型[J]. 复合材料学报, 2018, 35(6): 1674-1682. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170807.002
引用本文: 张岩, 张广玉, 李隆球, 等. 类金刚石纳米薄膜的表面摩擦规律及磨损模型[J]. 复合材料学报, 2018, 35(6): 1674-1682. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170807.002
ZHANG Yan, ZHANG Guangyu, LI Longqiu, et al. Surface friction law and wear model of nanoscale diamond-like carbon film[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2018, 35(6): 1674-1682. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170807.002
Citation: ZHANG Yan, ZHANG Guangyu, LI Longqiu, et al. Surface friction law and wear model of nanoscale diamond-like carbon film[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2018, 35(6): 1674-1682. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170807.002

类金刚石纳米薄膜的表面摩擦规律及磨损模型

doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170807.002
基金项目: 国家自然科学基金(51675122)
详细信息
    通讯作者:

    张广玉,博士,教授,博士生导师,研究方向为碳纳米复合材料性能分析与加工技术,E-mail:zgyqx@hit.edu.cn

  • 中图分类号: TB332

Surface friction law and wear model of nanoscale diamond-like carbon film

  • 摘要: 为了研究类金刚石(Diamond-like carbon,DLC)薄膜的表面摩擦机制及磨损规律,首先通过对晶体碳高温熔化和快速淬火的方式,使用分子动力学模拟制备出DLC薄膜,然后利用半球形压头对薄膜表面进行摩擦刻划。制备得到的DLC薄膜密度为2.72 g·cm-3,碳原子sp2、sp3杂化比例分别为37.1%和60.4%。摩擦结果表明,较低压力载荷下磨损率随着载荷力增加而线性增加,与宏观Archard模型一致;摩擦速度的不同会导致材料被加工表面应力分布及切削深度不同,造成磨损率随着摩擦速度的增加而下降,与实验结果相符;当薄膜含有Si原子夹杂且原子含量从0%增加至25%时,磨损率则先上升后下降。最后建立在压头固定载荷为50 nN下描述摩擦速度、材料夹杂含量与磨损率三者关系的磨损模型,建立的磨损模型与仿真模拟相对误差在10%以内;利用模型得到在压头的载荷和摩擦速度不变时,薄膜磨损率最小值对应的Si夹杂含量为7.2%,这一模型为工程在线预测夹杂含量提供了较简单方便的手段。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-06-12
  • 修回日期:  2017-07-22
  • 刊出日期:  2018-06-15

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