HIPIMS制备环境自适应C/MoSx复合润滑薄膜的界面结构调控及摩擦机理

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51375475
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0505.机械摩擦学与表面技术
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

In some high technology fields, especially under the conditions of high bearing load, high speed, high temperature, the uses of monoclinic carbon based or MoS2 solid thin films are neither possible nor desirable. The friction and wear coefficients of both DLC and MoS2 films were indeed confirmed to be low, but they were also found to be sensitive to the test environments. Recently developed multi-component and multi-layer composite solid lubricant film system has been found to be a new class of smart materials providing impressive friction, wear properties and long lifetime at complex sliding conditions. However, their composition, structure controlling, synthesis and friction sliding mechanism of these multifunctional films still remain unclear. In this study, we employ a hybrid high power impulse magnetron sputtering (HIPIMS) technique, which has a high ionization and advantages in high performance coatings with strong adhesive strength, to produce C/MoSx thin films. Taking use of the synergistic effect on the frictional characteristics due to a combination of multi components, is aimed to improve the environmental adaptation of thin films. The effect of film microsructure on its mechanical properties and tribological behaviors will be investigated. The tribological mechanism of C/MoSx composite structured films will be clarified. Also, the durability and degradation mechanisms of C/MoSx with different structures will be discussed through understanding the micro-structures of lubricants and the physical or tribo-chemical interaction of the lubricant and surfaces. All these works can build a solid basis for further understanding of its tribology under multi test environments and provide guidance to develop lubricants with high quality in a wide range of engineering applications.
在高技术领域装备重载、高速、高温等苛刻工况下,我国现有的单一组分、单一结构的碳基和MoS2润滑薄膜表现出环境敏感性,难以满足复杂多变条件下的润滑性能要求,迫切需要研究具有环境自适应性的纳米复合(多元多层)润滑薄膜材料。其中,复合润滑薄膜的设计制备,组分结构调控,及润滑摩擦行为机理均有待揭示。本项目将围绕环境自适应C/MoSx复合润滑薄膜的设计制备、组分结构调控及其对润滑抗磨损性能的影响规律、磨损失效机理等关键科学问题,采用高离化率的高功率复合磁控溅射(HIPIMS)方法,实现环境自适应C/MoSx 润滑材料的关键制备;利用复合元素之间的协同效应,改善薄膜的摩擦环境适应性;通过对复合薄膜体系在多环境下的摩擦磨损行为和微结构变化的深入研究,分析薄膜摩擦表面所发生的物理及化学作用,研究薄膜组分、结构与性能间的作用关系,揭示其磨损润滑机理。研究结果将为研制发展高性能润滑材料提供理论依据和技术支撑。

结项摘要

针对传统润滑油脂材料或单一组分、单一结构固体润滑薄膜难以满足复杂、多变、苛刻工况条件下的耐磨、润滑、承载性实际需求,围绕新一代C/MoSX润滑薄膜材料的设计制备、界面结构调控及其对润滑性能影响规律的关键科学问题,本项目采用HiPIMS复合溅射技术,基于纳米化、多层化的组分与结构设计理念,实现C/MoSX润滑薄膜材料可控制备;并通过多测试环境下的摩擦磨损行为的深入研究,揭示薄膜组分-结构-性能间的作用规律,阐明相关磨损润滑机理。研究结果为发展高性能润滑材料提供理论依据和技术支撑。首先,对HiPIMS等离子体特性研究表明,近表面区域内等离子体中的活性粒子以Ar+和金属离子为主,但在脉冲电压区金属粒子离化率偏低。与传统直流磁控溅射相比,复合HiPIMS可以促进Ti层晶粒细化,呈现明显择优取向,表面光滑且力学性能更加优异。采用第一性原理理论计算对比Cr、Ti、W过渡层对非晶碳薄膜界面的催化行为, Cr、Ti、W过渡层均可导致碳卷曲结构形成,但在低温下Ti具有较好的石墨化转变催化行为;而Cr、W过渡层具有较好的石墨化高温催化性能,且石墨化含量的增加归因于sp3-sp2转变和弱Me-C键态结构稳定性;相关结果与实验结果相吻合,可为非晶碳基薄膜强过渡层界面的选择提供理论指导。.HiPIMS共溅射技术制备 Ti/C-MoSx复合润滑薄膜呈致密的非晶结构,即非晶MoS2弥散在非晶碳基体中。致密结构使其具有优异的机械性能,有利于获得良好摩擦特性。C/MoSx薄膜在多测试环境下的摩擦特性研究表明:大气环境下碳含量较高的薄膜具备更优异的摩擦学性能,通过对磨损界面与摩擦产物的分析,发现非晶碳的石墨化与非晶MoS2的有序化以及转移膜释放非晶碳等机理协同作用,导致了MoS2/C低摩擦磨损行为;真空环境下,非晶碳的粘附作用导致含量较高的MoS2复合薄膜具有更低摩擦系数;油环境下Stribeck曲线表明固体润滑复合薄膜在边界润滑阶段具有更低的摩擦磨损性能;高温环境下,随着温度升高,复合薄膜摩擦系数降低,其原因在于高温促进非晶碳的石墨化与MoS2的晶化。过高温度会促进MoS2的氧化而加剧薄膜失效。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
Friction and Wear Mechanism of MoS2/C Composite Coatings Under Atmospheric Environment
MoS2/C复合涂层在大气环境下的摩擦磨损机理
  • DOI:
    10.1007/s11249-017-0862-4
  • 发表时间:
    2017-09-01
  • 期刊:
    TRIBOLOGY LETTERS
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Cai, Sheng;Guo, Peng;Zhu, Yuejin
  • 通讯作者:
    Zhu, Yuejin
复合高功率脉冲磁控溅射Ti的放电特性及薄膜制备
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    金属学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李小婵;柯培玲;刘新才;汪爱英
  • 通讯作者:
    汪爱英
Influence of Substrate Negative Bias on Structure and Properties of TiN Coatings Prepared by Hybrid HIPIMS Method
基体负偏压对混合HIPIMS法制备TiN涂层结构和性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.jmst.2014.06.002
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Materials Science & Technology
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Wang Zhenyu;Zhang Dong;Ke Peiling;Liu Xincai;Wang Aiying
  • 通讯作者:
    Wang Aiying
复合高功率脉冲磁控溅射放电等离子体特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    真空
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李小婵;柯培玲;许辉;张栋;汪爱英
  • 通讯作者:
    汪爱英
金属过渡层类型对非晶碳膜结构性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    无机材料学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李蕾;孙丽丽;柯培玲;汪爱英
  • 通讯作者:
    汪爱英

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  • 通讯作者:
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    YANG Wei,WANG Aiying,KE Peiling Ningbo Institute o
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    柯培玲
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  • DOI:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    周永;孔翠翠;李晓伟;孙丽丽;郭鹏;周佳;李玉宏;李文献;汪爱英;柯培玲
  • 通讯作者:
    柯培玲
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    秦晓鹏;柯培玲;汪爱英
  • 通讯作者:
    汪爱英

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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