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掺硅类金刚石薄膜摩擦过程的分子动力学模拟

兰惠清 徐藏

掺硅类金刚石薄膜摩擦过程的分子动力学模拟

兰惠清, 徐藏
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  • 掺硅类金刚石(Si-DLC) 薄膜表现出优异的摩擦学性能, 在潮湿空气和高温中显示出极低的摩擦系数和很好的耐磨性, 但是许多实验表明Si-DLC膜的摩擦性能受其硅含量的影响很大. 因此, 本文采用分子动力学模拟的方法分别研究干摩擦和油润滑两种情况下不同硅含量的Si-DLC膜的摩擦过程. 滑移结果表明干摩擦时DLC膜和掺硅DLC膜之间生成了一层转移膜, 而油润滑时则为边界膜. 因此干摩擦时的摩擦力明显大于油润滑时的摩擦力. 少量添加硅确实能降低DLC膜的摩擦力, 但是硅含量大于20%后对DLC膜的摩擦行为几乎无影响. 干摩擦时硅含量对转移膜内键的数量影响很大, 转移膜内CC键和CSi键都先增加后减少, 滑移结束时几乎不含CSi键.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 50805007) 和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: 2009JBM088) 资助的课题.
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    Wu X, Suzuki M, Ohana T, Tanaka A 2008 Diam. Relat. Mater. 17 7

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    Papakonstantinou P, Zhao J F, Lemoine P, McAdams E T, McLaughlin J A 2002 Diam. Relat. Mater. 11 1074

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    Topolovec-Miklozic K, Lockwood F, Spikes H 2008 Wear 265 1893

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    Tersoff J 1988 Phys. Rev. Lett. 61 2879

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    Ryckaert J P, Ciccotti G, Berendsen H J C 1977 J. Comput. Phys. 23 327

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    Gao G, Mikulski P T, Harrison J A 2002 J. Am. Chem. Soc. 124 7202

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    Schall J D, Gao G, Harrison J A 2010 J. Phys. Chem. 114 5321

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    Choi J, Nakao S, Miyagawa S, Ikeyama M, Miyagawa Y 2007 Surf. Coat. Technol. 201 8357

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出版历程
  • 收稿日期:  2011-10-17
  • 修回日期:  2011-12-02
  • 刊出日期:  2012-07-05

掺硅类金刚石薄膜摩擦过程的分子动力学模拟

  • 1. 北京交通大学 机械与电子控制工程学院, 北京 100044
    基金项目: 

    国家自然科学基金 (批准号: 50805007) 和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: 2009JBM088) 资助的课题.

摘要: 掺硅类金刚石(Si-DLC) 薄膜表现出优异的摩擦学性能, 在潮湿空气和高温中显示出极低的摩擦系数和很好的耐磨性, 但是许多实验表明Si-DLC膜的摩擦性能受其硅含量的影响很大. 因此, 本文采用分子动力学模拟的方法分别研究干摩擦和油润滑两种情况下不同硅含量的Si-DLC膜的摩擦过程. 滑移结果表明干摩擦时DLC膜和掺硅DLC膜之间生成了一层转移膜, 而油润滑时则为边界膜. 因此干摩擦时的摩擦力明显大于油润滑时的摩擦力. 少量添加硅确实能降低DLC膜的摩擦力, 但是硅含量大于20%后对DLC膜的摩擦行为几乎无影响. 干摩擦时硅含量对转移膜内键的数量影响很大, 转移膜内CC键和CSi键都先增加后减少, 滑移结束时几乎不含CSi键.

English Abstract

参考文献 (16)

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