先进化工材料关键技术丛书--高性能碳基润滑材料

**章 绪论 001
**节　摩擦学 002
一、摩擦、磨损与润滑 002
二、润滑的科学意义 005
第二节　碳基润滑材料性能表征 006
一、碳基润滑材料概述 006
二、碳基润滑材料结构表征 007
三、碳基润滑材料力学性能表征 011
四、碳基润滑材料摩擦学表征 014
第三节　小结与展望 017
参考文献 017

第二章 富勒烯碳润滑材料 019
**节　富勒烯碳及类富勒烯碳制备方法 020
一、富勒烯碳制备方法 020
二、类富勒烯碳薄膜制备方法 023
第二节　富勒烯碳和类富勒烯碳形成机制 026
一、富勒烯碳形成机制 026
二、类富勒烯碳形成机制 028
第三节　富勒烯碳摩擦性能 037
一、富勒烯碳在固-液界面摩擦性能 037
二、富勒烯碳固体润滑性能 037
第四节　类富勒烯碳薄膜微观摩擦学性能 038
第五节　类富勒烯碳薄膜机械性能和结构稳定性 043
一、类富勒烯碳薄膜机械性能：低应力 043
二、类富勒烯碳薄膜机械性能：超弹性 046
三、类富勒烯碳薄膜结构稳定性 051
第六节　类富勒烯碳薄膜大气环境中超滑性能 061
一、类富勒烯碳薄膜大气环境中摩擦性能分析 061
二、不同摩擦对偶下类富勒烯碳薄膜磨损行为分析 063
三、不同环境湿度下类富勒烯碳薄膜磨损行为分析 065
四、类富勒烯碳薄膜摩擦界面研究：原位形成洋葱碳 066
第七节　小结与展望 075
参考文献 076

第三章 碳纳米管润滑材料 083
**节　碳纳米管的制备与表征 084
一、碳纳米管结构与制备 084
二、碳纳米管Raman特征谱 085
三、碳纳米管纳米力学性能 086
第二节　电化学沉积制备MWNTs-DLC复合薄膜及其机械性能 087
一、电化学沉积MWNTs-DLC薄膜制备方法 087
二、MWNTs-DLC复合薄膜TEM表征 088
三、MWNTs-DLC复合薄膜Raman表征 089
四、MWNTs-DLC复合薄膜XPS表征 090
五、MWNTs-DLC复合薄膜FTIR表征 091
六、MWNTs-DLC复合薄膜机械性能研究 092
第三节　碳纳米管润滑机制 093
一、碳纳米管在表面的低黏合力 093
二、碳纳米管层间低摩擦 094
三、碳纳米管滚动和滑动下低摩擦 095
四、碳纳米管排列方式对摩擦的作用 095
五、碳卷曲结构对降低摩擦的作用 097
第四节　擦涂法制备碳纳米管薄膜的低摩擦性能 097
一、碳纳米管在不同配副和载荷下低摩擦行为 098
二、碳纳米管降低钢表面磨损 099
三、碳纳米管摩擦后形貌特征 101
第五节　碳纳米管/复合物润滑材料 103
一、碳纳米管/金属复合润滑材料 103
二、碳纳米管/陶瓷复合润滑材料 104
三、碳纳米管/聚合物复合润滑材料 105
第六节　碳纳米管润滑油/脂添加剂 106
一、碳纳米管在基础油中的低摩擦作用 106
二、碳纳米管改性对低摩擦的作用 108
三、碳纳米管在离子液体中的低摩擦作用 108
参考文献 110

第四章 金刚石润滑材料 115
**节　金刚石的制备 116
一、金刚石颗粒的制备 117
二、聚晶金刚石的制备 119
三、金刚石薄膜的制备 120
第二节　金刚石复合润滑材料 123
一、金刚石/金属复合润滑材料 123
二、金刚石/陶瓷复合润滑材料 125
三、金刚石/聚合物复合润滑材料 125
四、金刚石-润滑油/脂复合润滑材料 125
第三节　含金刚石碳薄膜的制备与润滑行为 127
一、类富勒烯碳薄膜中引入纳米金刚石结构 127
二、含金刚石碳薄膜的化学气相沉积制备 129
三、含金刚石碳薄膜的润滑行为 132
四、含金刚石碳薄膜的润滑机制 133
第四节　金刚石的摩擦学行为 135
一、金刚石宏观摩擦行为 135
二、金刚石微观摩擦行为 139
三、金刚石的润滑机制 140
第五节　金刚石润滑材料的应用 141
一、切削刀具润滑薄膜 141
二、拉拔模具润滑薄膜 142
参考文献 143

第五章 石墨烯润滑材料 147
**节　石墨烯的结构和制备 148
一、石墨烯的结构 148
二、石墨烯的制备 150
第二节　石墨烯的性质和应用 154
一、石墨烯的性质 154
二、石墨烯的应用 155
第三节　石墨烯润滑材料 160
一、石墨烯薄膜的制备方法 161
二、石墨烯薄膜的宏观摩擦学性能研究 165
三、氧化石墨烯薄膜的宏观摩擦学性能研究 168
第四节　面向MEMS/NEMS器件的电化学沉积石墨烯薄膜 171
一、制备与结构表征 171
二、力学与摩擦学 174
三、不同退火温度下氧化石墨烯薄膜的摩擦学性能研究 178
四、结论 180
第五节　氧化石墨烯基组装薄膜的摩擦学 181
一、薄膜的结构设计 181
二、薄膜结构对摩擦学性能的影响 182
三、工况条件对摩擦学性能的影响 186
参考文献 189

第六章 橡胶软表面硬质碳基薄膜润滑材料 197
**节　橡胶表面碳薄膜概述 199
一、橡胶基底前处理及典型的沉积技术 199
二、表面形貌及特征 201
三、橡胶/薄膜灵活性和结合强度 202
四、橡胶表面碳薄膜摩擦学性能 203
第二节　等离子体预处理对橡胶表面碳薄膜结合力和摩擦学性能影响 206
一、空气等离子体预处理改善橡胶表面碳薄膜结合强度和耐磨性 207
二、不同等离子体预处理对橡胶表面碳薄膜结合力和摩擦学　　性能影响 214
三、氩等离子体预处理时间改善膜基结合力和摩擦学性能 224
四、氩等离子体预处理偏压对薄膜结合力和摩擦学性能影响 233
第三节　中间层对橡胶表面碳薄膜结合力和摩擦学性能影响 241
一、有/无Si中间层对橡胶表面薄膜微结构及性能影响 241
二、Si中间层厚度对薄膜微结构及摩擦学性能影响 256
第四节　橡胶表面碳薄膜结构性能优化设计及调控 267
一、硅元素掺杂量对丁腈橡胶表面碳薄膜微结构和性能影响 267
二、氢含量对丁腈橡胶表面碳薄膜结构和性能影响 283
第五节　碳薄膜改性丁腈橡胶密封实件台架及整机考核验证 290
一、碳薄膜改性密封实件机械性能测试 291
二、碳薄膜改性后密封圈质密性测试 292
三、油箱蓄压器组件液压强度测试 292
四、油箱蓄压器组件气密性试验 292
五、油箱蓄压器组件台架磨合试验 293
六、碳薄膜改性密封实件整机寿命及可靠性试验验证 295
参考文献 302

第七章 非晶碳薄膜强韧润滑调控与应用 311
**节　非金属元素掺杂非晶碳薄膜 312
一、硅元素掺杂 313
二、氮元素掺杂 314
三、其他非金属元素掺杂 315
第二节　金属元素掺杂非晶碳薄膜 316
一、强碳金属元素掺杂 317
二、弱碳金属元素掺杂 321
第三节　多元素共掺杂非晶碳薄膜 322
一、强碳/弱碳金属元素共掺杂 322
二、其他多元素共掺杂 329
第四节　纳米复合结构非晶碳薄膜 331
一、金属碳化物纳米复合结构 331
二、纳米碳复合结构 332
三、自适应纳米复合结构 335
第五节　功能梯度结构非晶碳薄膜 335
一、钢表面功能梯度结构设计 336
二、轻质合金表面梯度结构设计 337
第六节　多层结构非晶碳薄膜 339
一、微米/亚微米多层结构 340
二、纳米/超晶格多层结构 342
第七节　非晶碳薄膜多尺度耦合应用 348
一、表面织构与微/纳织构非晶碳薄膜 348
二、仿生微/纳织构非晶碳薄膜 351
第八节　非晶碳薄膜的工业应用 352
一、刀模具领域应用 352
二、轴承领域应用 358
三、其他领域应用 360
四、展望 362
参考文献 362

第八章 发动机低摩擦固体润滑碳薄膜关键技术及应用 367
**节　技术应用背景 368
一、摩擦磨损对发动机的影响 368
二、发动机摩擦磨损的研究思路 370
第二节　低摩擦类富勒烯碳薄膜可控制备 373
一、偏压的影响 374
二、气氛的影响 380
三、退火温度的影响 384
第三节　低摩擦碳薄膜高结合力设计 387
一、单层金属过渡层设计 388
二、多层梯度过渡层设计 390
第四节　工艺装备一体化集成 390
一、轴承钢表面的低温沉积 390
二、具高功率脉冲离子源的磁控溅射装置 392
三、阳极场辅磁控溅射镀膜装置 393
四、励磁调制阳极辅助磁控溅射离子镀膜系统 394
第五节　低摩擦碳薄膜应用案例 396
一、低摩擦碳薄膜的批量装备及性能 396
二、台架试验验证 397
三、技术展望 397
参考文献 398

索引 400