硬塑料薄膜

2024-05-28

硬塑料薄膜(精选4篇)

硬塑料薄膜 篇1

1前言

我国塑料管道生产量超过了1000万吨,居世界第一,建立了聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)材料为主的塑料管道加工产业。据统计,2011年,塑料管道中PVC材料占总量的55%。硬聚氯乙烯(PVC-U)管材因其优异的性能和低廉的成本,已逐步取代了铸铁管等传统管材,大量用作建筑物排水管道。2011年底,在新建住宅里使用率超过90%[1]。

PVC-U管材的自然气候老化是复杂的物理化学变化过程,PVC-U是成分最复杂的塑料之一,是由基材PVC与超过10种其他物质组成的混合物,各组分对上述一种或者多种环境因素呈现不同活性,发生化学和物理变化。由于PVC分子结构的特点,使其在加工和使用过程中光氧、热氧稳定性差。PVC-U排水管材,长期暴露于自然气候环境中,由于受到各种大气因素如光、热、氧、水汽、灰尘,以及工业大气污染物的综合作用,如酸雨、酸雾、霾等,不可避免会发生老化破坏,外观上出现变色、粉化,物理性能逐渐降低,甚至不能继续使用即失效。

本文通过在测定严酷的湿热条件下,研究其性能的变化,确定老化对其影响,能够为以后材料的使用提出意见与参考。

2试验方案设计

2.1试验样品

选取市面上三个厂家的PVC-U塑料管材,按照规范要求制成待检样品,命名为试样1、试样2和试样3,再进行老化试验。

2.2试验方案

⑴拉伸性能:采用国家标准GB/T 8804.2-2003《热塑性塑料管材拉伸性能测定第2部分:硬聚氯乙烯(PVC-U)、氯化聚氯乙烯(PVC-C)和高抗冲聚氯乙烯(PVC-HI)管材》,拉伸试样为类型2试样[2],如图1。

⑵维卡软化温度:采用标准为国家标准GB/T8802-2001《热塑性塑料管材、管件维卡软化温度的测定》,升温速率为50℃/h,试验力为50N的试验,测定探针深入1mm时的温度[3],如图2。

2.3湿热老化条件

本试验采用的温度为:(60±2)℃,相对湿度为:(95±5)%。

3试验结果与分析

3.1湿热老化试验结果

性能测试前,试样1、试样2和试验3在(23±2)℃、(50±10)%RH的标准状态下进行调节24h,然后测定其性能。测定的时间分别为:初始状态、10d和20d时,对其拉伸屈服强度、拉伸断裂伸长率和维卡软化温度进行测试,其结果如图3~图8所示。

3.2结果分析

⑴从图3和图4可知,试样2、试样3的20d老化以后拉伸性能、拉伸屈服强度,都表现出增加的趋势;试样1则减小,拉伸断裂伸长率,总的来说都在减小。这可能是因为试样2和试样3在这个老化周期内PVC分子链在高温环境下出现重排,试样配方中部分小分子助剂与分子链的相互作用发生改变,使得分子链刚性增大,宏观表现为试样的强度增大,伸长率下降。试样1在这个老化周期内性能已经发生老化,即表现为强度和伸长率都下降,这可能是因为部分助剂,如填料,与PVC基体相容性不佳,高温条件下发生相分离所致。

⑵从图5和图6和图7可知,试样2和3的拉伸断裂伸长率的单值依旧比较均匀,但试样1在以后的老化过程中,拉伸断裂伸长率变得离散比较严重。这也证明了在这个老化周期内,试样2和试样3内部结构发生变化,导致部分性能变优,而试样1在这个老化周期内性能已经发生老化现象。综合以上分析可以判断,试样2和试样3的机械性能耐老化性要优于试样3。

⑶从图8可知,在20d的老化中,维卡软化温度都有所增加。维卡软化温度的增大可能是湿热环境下,试样分子出现不同程度的重排,使得分子链在高温下的流动性下降,从而维卡软化温度上升。

4结论

本文通过选择3种市售PVC-U管进行湿热老化试验,试验结果表明,试样2和试样3在老化周期内未发现明显的性能老化现象,试样1则出现性能老化现象。产品性能差异多由配方差异所致,不同牌号的PVC,不同的助剂以及不同生产工艺条件对PVC-U管的性能有较大影响。这也在一定程度上体现了市场上的PVC-U管性能参差不齐。尽管材料在初期性能差别不大,但从老化结果看来,在以后使用过程必然出现不同程度的老化结果,为材料质量的判定提供一定的数据支持。

摘要:本文对PVC-U塑料管材进行湿热老化测试,得到其拉伸屈服强度、拉伸断裂伸长率及维卡软化温度的数据,通过分析,研究湿热老化对材料性能的影响。

关键词:聚氯乙烯,湿热老化,拉伸性能

参考文献

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[3]全国塑料制品标准化委员会.GB/T 8802-2001热塑性塑料管材、管件维卡软化温度的测定[S].中国标准出版社,2002.

硬塑料薄膜 篇2

王军开车接我们到厂时,天刚蒙蒙亮,车间门口停放着装满塑化剂的汽车,车间里机器轰鸣,两个工人干得正欢,车间南边整整齐齐堆满了有200多吨石粉,我特别注意到塑化剂包装上公公正正的印着鲜红的新型塑化剂及厂名,塑化剂包装是一次性的,只供固定客户,为啥用质量好的袋子再印字?不是增加成本吗?王军说,“我把塑化剂当成一生的事业,多花几个钱也值,它代表着我的成功和自信。”

王军在医药公司工作了二十多年,近年来药店遍地开花,公司效益越来越差,不想再拿着每月二千元工资混日子,辞职加盟了一家保健品专卖店,加盟前他在加盟总部看到的产品很吸引人,深海油、排毒瘦身丸、降压精油等宣称是从海洋天然生物精炼浓缩而成,引领世界保健新潮流,公司提供手续批文、授权书、质量保证书、宣传彩页、五折供货,滞销产品包退换,总部承诺加盟者两个月内可无理由终止合同,公司全额退款,二万保证金,六万货品,三万租门市,他成了加盟专卖店的经理,结果产品定价高,工商部门又不准宣传疗效,强撑了三个月,退货时总部翻脸不认账,十几万的血汗钱赔得一塌糊涂,为找项目他又去北京考察气化炉,自动加热米饭,太阳能空调等项目,对方均不能提供成功的例子供参观,不敢再盲目投产。我问为什么相信石粉变塑料,他说,根本不信,只是好奇,当厂方给我看了二十多年刊登项目的报刊,电话号码厂址没变,动心了,我自己手机号用九年了,不偷不抢没骗人不欠账,活得堂堂正正,没必要经常换手机号,电话号不变是诚信和自信的象征,在厂方车间亲自学习了石粉变塑化剂再变成塑料制品后心里踏实了,在孙喜友厂里看到他红红火火的生产场面后,真切地感到自己终于找到了致富的金鑰匙,王军抓起一把塑化剂笑着说,“牛吃的是草,挤出的是奶,我加进去是石粉,流出是白花花的银子。”

谈话间,王军手机响了,注塑厂郭经理急着要货,我们便随车前往,郭经理50平方米的样品室陈列着各种造型的塑料桶,谈起塑化剂的使用效果,他爽快的把我们领进生产车间,先让工人用纯塑料原料制了一个桶,又让工人用塑化剂制出一个桶,郭经理拿起二只桶,用力互相拍打着说,质量钢钢的,弹性,抗压力没有问题,塑料原料每吨八千,塑化剂才2千,成本降了40%。告别郭经理又来到刘经理拉丝厂,上千平方米的车间里一排排绕线梭子飞快旋转着,刘经理说:“拉丝是专门制作化肥、水泥、面粉等袋子的,丝条必须抗拉,用塑料原料最低每吨9000多元,王经理上门推销塑化剂每吨2800元,我觉得便宜没好货,王经理共给送了四次料,让免费用一下,厂里活忙,没把握的事不想干,干脆说不好用,后来王经理三番五次来,才同意试一下,没想到填加后成本降了15%,产品拉伸度一点不差。”刘经理亲自把塑化剂倒入设备进料口,拍着我肩膀笑着说,我用一年了如果质量达不到,不用说花钱买,就是白送咱也不敢用。

我们又到拉管厂看了张经理用新型塑化剂制造塑料水管全过程。张经理说:“用了塑化剂后水管刚性好,环保又卫生,成本又便宜,我很满意。”

王军开车带我们跑了一天,问他为啥乐意给厂方当成功典型,他动情地说:“石粉变塑料,让我一年买上车和房,人心都是肉长的,厂方对咱好,咱得记一辈子,我中年创业,深知创业的艰难,在选项目时,我原来也和多数人的想法一样,想找一个安全稳妥的项目干,一个保健品加盟赔上十几万的血汗钱,让我感悟很深,仔细想想,其实每一个骗局都有漏洞,没有自己的生产厂,对外招商加盟多数是二道贩子,是骗子,搞技术转让卖设备,自己根本不生产产品,不俱备研发条件,只是照葫芦画瓢,简单的仿冒,在关健环节上出问题会害惨投资者,免费加盟,免费考察,免费学习,奸滑的骗子利用富有人情味的表面假象,连哄加忽悠,掏空你的血汗钱。”

谈到多数人怀疑石粉变塑料是个骗局时,王军感慨地说:“静下心想想,如果石粉变不成塑料,项目便是诈骗,厂方没有能力买通全国的媒体替他们说好话,我和孙喜友、熊云江、石玉波等情愿为厂方当创富典型,是向大家证明一个实事,我们投资近二十万,如果产品质量差不好用,或者成本高无利可图,我们绝不会傻到不赚钱却说发财的地步吧,石粉塑化剂不但能代替再生塑料颗粒,可直接代替一级塑料原料糊状树脂,用于高级透明塑料薄膜的生产。每吨成本约1300元,售2000元,我一年买上车和房,用得真金白银是靠石粉变塑料变出来的,真的假不了,假的真不了,神马都是浮云,石粉变成塑料赚大钱才是硬道理,希望更多的人加入到石粉变塑料的创富团队中,让我们共同分享成功和快乐!”

硬塑料薄膜 篇3

本实验采用APP、ATH和APP/ATH复配阻燃剂制备聚氨酯泡沫塑料, 研究APP、ATH、APP/ATH用量及复配方式对聚氨酯泡沫塑料力学性能和阻燃性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

聚醚多元醇 (400mg KOH/g) , 南京杰拉华贸易有限公司;聚芳基聚异氰酸酯 (PAPI) , 南京杰拉华贸易有限公司;N, N-二甲基环己胺, 南京杰拉华贸易有限公司;三聚氰胺, 天津光复精细化工研究所;聚磷酸铵 (APP) , 德国Clariant公司;氢氧化铝, 淄博博湖工贸有限公司;硅油 (Y-10366) , 南京杰拉华贸易有限公司;正戊烷, 淄博市临淄天德精细化工研究所。

1.2 主要设备

电动搅拌器, JJ—l, 江苏金坛市荣华仪器制造有限公司;万能材料实验机, CMT4503, 深圳新三思计量技术有限公司;氧指数测定仪, JF-3, 南京市江宁区分析仪器厂;建材烟密度测试仪, JCY-2, 南京市江宁区分析仪器厂;平板法导热仪, DZDR-P, 南京永研电子有限责任公司。

1.3 聚氨酯硬质泡沫的制备

采用一步法制备硬质聚氨酯泡沫塑料, 实验步骤如下:

将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、表面活性剂、阻燃剂和发泡剂等加入500ml烧杯中, 室温下用高速搅拌机混合均匀;快速加入异氰酸酯, 搅拌30min, 转速为2000r/min;当有气泡发出、泡体发白时, 立即注入模具中发泡成型;将所制得泡沫, 置于80℃烘箱中放置6h, 熟化一定时间后, 从烘箱中取出脱模, 冷却至室温制备样条。

1.4 聚氨酯泡沫塑料性能测试

按GB/T6343《泡沫塑料和橡胶表观 (体积) 密度的测定》中的试验方法测定泡沫密度, 样条尺寸为120mm×6mm×5mm, 湿度为45%~55%的环境中状态调节24h;按GB3399《塑料导热系数试验方法护热平板法》测试泡沫热导率;按GB/8813-1988硬质泡沫塑料压缩试验方法测试材料压缩强度;按GB/T240693测试材料限氧指数, 样条尺寸为13mm×6 mm×3mm;按GB/T8627《建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法》测试材料烟密度, 样条尺寸为25mm×25mm×3mm。

2 结果与讨论

2.1 阻燃剂用量及配比对泡沫阻燃性能的影响

在其他原料基本不变的条件下, 改变阻燃剂添加量及配比, 测得泡沫氧指数和烟密度与阻燃剂用量及配比的关系如图1和图2所示。

由图1看出, 随着阻燃剂用量的增加, 阻燃性能也随之提高, APP用量在15%以上即能达到较好阻燃效果, 而ATH用量25%~30%之间所制得的泡沫阻燃效果达到国标B2标准。随二者配比的不同, 当APP与ATH的质量比为3:2时, 阻燃效果最好, 当用量为30份时, 泡沫的氧指数达到34%。在聚氨酯泡沫中, APP主要在凝聚相发挥作用, 可以消耗泡沫塑料燃烧时分解出的可燃气体, 使其转化成不易燃烧的炭化物[4];添加氢氧化铝阻燃体系的泡沫氧指数增加2~5, 降幅稍大, 可能是其中含有的结晶水在泡沫塑料燃烧时快速分解, 吸收燃烧热[5~6]。而且泡沫受热时, 阻燃剂分解产物, 如磷酸、氨气、氧化铝等, 会增加与火焰接触的表面积, 同时能与多羟基化合物形成具有阻燃作用的物质并释放水蒸气;达较高高温时, 阻燃剂气化产生的不燃性气体, 会使熔融的泡沫炭化形成疏松的多孔性阻燃层, 从而可以达到更好的阻燃效果。

通过对图2中烟密度 (SDR) 的分析可知, 阻燃剂用量的增加, 会导致泡沫的产烟量降低, 烟密度减小, 当用量为30份时, 烟密度 (SDR) 小于70。这是因为燃烧过程使阻燃剂结构被破坏, 分解产物增多, 阻燃性能增强。进而降低了泡沫的燃烧性能[7], 另外, 燃烧产生的A12O3属于耐火材料, 能与燃烧形成的其他碳化物在泡沫表面形成惰性屏障, 起到减缓燃烧速度和控制火势发展的作用, 从而起到抑制烟气产生的作用。

泡沫中阻燃剂添加量越多, 其阻燃性能越好, APP与ATH的质量比为3:2时, 泡沫的垂直燃烧性能如表1所示。

从表1可以看出, 磷铝复配阻燃剂对泡沫有较好的阻燃效果, 当添加量达到10%时, 就能达到垂直燃烧FV-0级, 这是因为复合阻燃剂中, 磷系阻燃剂首先在凝聚相中热分解为磷酸或多磷酸, 这些酸能够生成熔融的黏性表层来保护聚合物, 使之不易燃烧或氧化, 阻止火焰的传播, 最终使燃烧反应速率下降, 直至终止;氢氧化铝在250℃以上已基本上完成了脱水反应, 吸收潜热, 降低温度同时, 产生的大量水蒸气又能稀释可燃气体, 减小烧蚀速率, 防止火焰蔓延。

2.2 阻燃剂用量对泡沫力学性能的影响

由2.1知, APP与ATH的质量比为3:2时, 具备较高的阻燃性能, 因此, 在此配比下不同阻燃剂用量对泡沫力学性能的影响如表2所示。

由表2可知, 随着阻燃剂用量的增加, 泡沫的密度逐渐增大, 压缩强度随密度的增加而降低, 泡沫的热导率有所提高, 但并没有很大的变化。这是由于高密度的硬泡塑料壁要比低密度硬泡塑料的厚, 而且胞体尺寸较小, 密堆积情况要比低密度硬泡塑料好[8]。当阻燃剂用量超过25份时, 由于泡孔壁附着的固体颗粒的影响, 会降低泡沫的压缩强度。

3 结论

1) 由于纯泡沫塑料的密度相对较小, 随着阻燃剂添加量的增加, 泡沫密度逐渐增大, 同时, 泡沫的热导率因阻燃剂的增加而略有提高, 对其导热性能有一定影响。

2) 随着阻燃剂添加量的增加, 泡沫的压缩强度随之降低, 密度的增加对泡沫的压缩强度影响较大, 说明阻燃剂增加到一定程度, 对泡沫的力学性能产生较大影响。

3) 阻燃剂用量及配比对泡沫的阻燃性能产生影响, 复配阻燃剂效果更显著, APP与ATH的质量比为3:2, 阻燃剂达25%以上时, 氧指数增大的趋势减弱, 而垂直燃烧性能和烟密度随阻燃剂用量的增加而减小, 说明阻燃剂用量越多, 其阻燃效果越明显, 考虑对材料综合性能的影响, 阻燃剂添加量在30份时得到良好的材料性能。

参考文献

[1]王文志, 顾军渭, 钱黄海.聚磷酸铵/氢氧化镁复配填充阻燃硅橡胶的研究[J].有机硅材料, 2012, 26 (1) :30~32.

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[3]郭建华, 罗昆, 曾幸荣.氢氧化铝填充型阻燃硅橡胶的性能研究[J].橡胶工业, 2007, 54 (8) :471~474.

[4]M Modesti, A Lorenzetti, F Simioni, Influenceof Different Flame Retardants on Fire Behaviour ofModified PIR/PUR Polymers[J].Polymer Degradation andStability[M], 2001, 74 (3) :475~479.

[5]陈景辉.不同阻燃剂对聚氨酯泡沫性能的影响[J].建筑技术开发, 2011, 38 (1) :20~21

[6]刘益军, 柏松.聚氨酯泡沫塑料的阻燃[J].塑料工业, 2003, 31 (10) :1~4.

[7]殷锦捷, 赵志超, 戴英华, 周华利.阻燃聚氨酯泡沫塑料的研制[J].塑料助剂, 2010, 82 (4) :31~33.

硬塑料薄膜 篇4

关键词:AEMS,纳米复合Si-C-N超硬薄膜,显微结构,硬度,断裂韧性,摩擦系数

0 前 言

超硬薄膜可显著提高金属材料的表面力学、摩擦磨损等性能。相对TiN薄膜而言,多元超硬薄膜的显微结构和力学性能,包括硬度、残余应力、界面结合强度等均得到改善。Ti-Al-N,Ti-B-N,Ti-Si-N,Zr-Si-N等多元超硬薄膜中纳米晶粒弥散分布在非晶基体中,使得薄膜的硬度非常高(>40 GPa),抗氧化性非常好(>1 000 ℃);然而,其摩擦系数较大(>0.6),应用受到限制[1,2,3]。在Ti-Si-N基础上添加C元素可以获得高硬度、低摩擦系数的Si-C-N,Ti-C-N超硬薄膜[4,5,6,7]。过去,此类研究多是探讨制备工艺对超硬薄膜显微结构与硬度的影响,而对其韧性和摩擦学行为的研究不多。只有具有高韧性、耐磨的新型超硬薄膜才最具工程应用价值[8]。

制备超硬薄膜的方法主要有等离子增强化学气相沉积(PECVD)和等离子增强磁控溅射(PEMS)。相比而言,电弧增强磁控溅射(AEMS)有如下优点:薄膜纯度、致密度高;可实现常温镀膜,工艺重复性好,膜厚可控,可在大面积基片上获得厚度均匀的薄膜;靶材离化率高,镀膜效率高。目前,采用AEMS技术制备新型Si-C-N超硬薄膜的研究报道很少。

本工作采用AEMS技术制备新型Si-C-N超硬薄膜,并研究了其形貌、相组成、硬度、韧性和摩擦磨损性能。

1 试 验

1.1 基体前处理

基体为GCr15轴承钢,尺寸ϕ30 mm×6 mm,研磨抛光至镜面状态,经分析纯丙酮超声波清洗后干燥,再对其进行辉光清洗(99.99%Ar 4~6 Pa,基体偏压1 000 V,温度300 ℃,时间20 min)。

1.2 Si-C-N超硬薄膜制备

采用SP-0811A型电弧增强磁控溅射离子镀膜设备制备薄膜:硅靶、石墨靶各2个,纯度均为99.99%,磁控溅射功率分别为1.5~7.0 kW和1.0~12.0 kW;工作气体为Ar (99.99%)与N2(99.99%),工作真空0.3 Pa,基体偏压-50 V,温度300 ℃,镀膜时间4 h。

1.3 测试分析

采用JSM-6460扫描电镜(SEM)分析薄膜的表面和断面显微结构,以INCA X-sight能谱仪分析薄膜的元素含量。采用D/max2200pc X射线衍射仪(XRD)分析薄膜的相组成。采用JEM-3010高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析薄膜的显微结构与相组成。采用AXIS ULTRA X射线光电子能谱仪(XPS)分析Si,C,N的化学组态。采用Fischerscope100显微硬度计测试薄膜的显微硬度,并采用压痕法测试薄膜室温断裂韧性KIC,加载20 mN,保压10 s,计算式如下[9]:

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式中 KIC ——断裂韧性,MPa·m1/2

H ——维氏硬度,HV

a ——压痕对角线半长,m

E ——杨氏模量,MPa

ϕ ——常数,约为3

c ——裂纹长度与压痕半长之和,m

采用MFT-400多功能材料表面性能试验机在无润滑、室温条件下测试薄膜的摩擦学行为,摩擦副为Si3N4球,载荷3 N,测试60 min,摩擦长度210 m。

2 结果与讨论

2.1 薄膜的形貌及相组成

图1是制备的薄膜的SEM形貌。由图1可以看出,薄膜致密光滑。能谱测得薄膜中Si,C,N元素含量(原子分数)分别为8.4%,78.1%,13.5%。当Si,N元素含量较低时,高含量的C元素或自身成键,或与Si,N元素化合,并且C元素具有强烈的抑制柱状晶形成的作用,因而薄膜致密光滑。

图2是制备的薄膜的XRD谱。由图2可以看出:薄膜存在非晶结构特征,出现了“非晶包”,还有少量SiC晶体的衍射峰。这可能与磁控溅射能量低有关,薄膜中Si元素与C,N元素形成大量化合键,仅有少量向晶体转变。

图3是制备的薄膜的HRTEM形貌以及相应的选区电子衍射花样。由图3可以看出:薄膜主要为非晶结构,少量纳米级晶体相弥散分布于非晶基体中;薄膜中晶体相为纳米SiC及Si3N4。

图4是制备的薄膜的元素XPS谱。由图4可以看出:Si2p谱中结合能为100.5 eV 的能谱峰为Si-C键,101.4 eV 对应的是Si-N键;C1s谱中,除C-Si键(283.7 eV)以外,还出现了结合能为284.5 eV的C=C 键和285.0 eV的C-C键;N1s谱中出现了结合能分别为397.9,398.3 eV的N-C键,C元素和N元素结合形成了复杂的N-C键化合物。CNx化合物是以极性共价键形式存在的,硬度有可能会超过金刚石。因此,薄膜中出现这一结构会显著提高薄膜的综合力学性能。综上可以认为,薄膜中的非晶相由C-C,C=C,N-C组成。大量的C或自身成键,或与其他元素化合形成纳米晶或者非晶结构,优化了这种纳米晶/非晶的复合组织结构,提高了薄膜的硬度并有利于提高其韧性。

2.2 薄膜的硬度与韧性

测得制备的Si-C-N薄膜的显微硬度为(36.5±3.9) GPa,杨氏模量E为(250±32) GPa,计算断裂韧性KIC为(4.15±0.28) MPa·m1/2。

Si-C-N薄膜中纳米SiC与Si3N4晶体弥散分布于C-C,C=C以及N-C组成的非晶相中,形成了纳米晶/非晶复合组织结构,通过晶界约束裂纹扩展和基体相的变形,同时获得了高硬度和高韧性[10]。弥散分布的SiC与Si3N4纳米相能够增加裂纹扩展路径,薄膜的增韧机制还包括裂纹偏转增韧机制[11,12]。

2.3 薄膜的摩擦磨损性能

图5是制备的薄膜的摩擦系数曲线。由图5可以看出:在初始阶段(摩擦时间<2 min),摩擦系数较高且逐渐降低;随着摩擦时间的延长,摩擦系数最终稳定在0.27左右,并且在60 min之内薄膜没有被完全磨损。与纳米复合Ti-B-N薄膜(摩擦系数0.72左右)[2]相比,制备的纳米复合Si-C-N超硬薄膜的摩擦系数显著降低,初始阶段摩擦系数较高可能是由于摩擦副Si3N4球粗糙度高。薄膜中C-C,C=C等非晶C结构能够显著降低薄膜的摩擦系数,提高薄膜的抗摩擦磨损能力;而纳米SiC与Si3N4晶体弥散分布于C-C,C=C及N-C非晶基体中形成的纳米晶/非晶复合组织结构显著提高了薄膜的硬度和韧性,从而进一步增强了薄膜的抗摩擦磨损能力。

图6是制备的薄膜的磨痕表面SEM形貌。由图6可以看出,磨痕中布满细小的沟槽,是微观犁沟与微观切削机制作用下的磨痕形貌。

3 结 论

(1)AEMS技术制备的纳米复合Si-C-N超硬薄膜中,纳米SiC与Si3N4晶体弥散分布于C-C,C=C以及N-C组成的非晶相中,形成了纳米晶/非晶复合组织结构,显著提高了薄膜的硬度和韧性,增强了薄膜的抗摩擦磨损能力。

(2)纳米复合Si-C-N超硬薄膜的显微硬度为(36.5±3.9) GPa,断裂韧性KIC值为(4.15±0.28) MPa·m1/2,稳定摩擦系数为0.27左右。硬度和韧性的提高机制是晶界约束裂纹扩展和基体相的变形,增韧机制还包括裂纹偏转增韧机制。

参考文献

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[5]Xu H,Nie X,Wei R.Tribological behavior of a TiSiCNcoating tested in air and coolant[J].Surf Coat Technol,2006,201:4 236~4 241.

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