Модификатор идеал трения отзывы: Присадка ЭДИАЛ (Edial) модификатор трения АКТИВНАЯ ЗАЩИТА

Ocean School, Yantai University, Yantai, China

Xindi Zhang

Ocean School, Yantai University, Yantai, China

Ocean School, Shengkai Jiao

Ocean School, Yantai University, Yantai, China

Yao176u Ocean

Yao176u Ocean Школа, Университет Яньтай, Яньтай, Китай

Куанда Сюй

Школа океана, Университет Яньтай, Яньтай, Китай 901 77

Dezun Sheng

Ocean School, Yantai University, Yantai, China

Antonio Riveiro Rodríguez, Editor

Ocean School, Yantai University, Yantai, China

University of Vigo, SPAIN

9011 901 Computing the Interests авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

Поступило 21.08.2020 г .; Принято в 2021 году 11 мая.

Abstract

В данном исследовании исследовались трибологические свойства органического молибдена в присутствии органического модификатора трения. Были выбраны три типа органических модификаторов трения: моноолеат глицерина, пентаэритрит и N , N -диметилгексадециламин.Органический молибден – это MoDTC, MoDDP и амид молибдена. Коэффициент трения и износ изучались на стальном испытательном стенде на стальных образцах. Экспериментальные результаты показывают, что пентаэритритол проявляет синергетический эффект с MoDTC в широком диапазоне температур, в то же время увеличивая коэффициент трения амида молибдена при высоких температурах. N , N -Диметилгексадециламин проявляет синергетический эффект с амидом молибдена, в то же время препятствуя снижению трения MoDTC при низких температурах.Присутствие моноолеата глицерина снижает коэффициент трения MoDTC при низких температурах, в то время как в большинстве случаев увеличивает коэффициент трения амида молибдена. Все протестированные органические модификаторы трения улучшили характеристики снижения трения MoDDP. Большинство испытанных органических модификаторов трения снижают износ органического молибдена. PT показывает лучшие противоизносные характеристики с MoDTC. Трибохимические продукты в испытательных образцах, смазанных различными формулами смазки, показывают, что присутствие пентаэритрита способствует производству MoS ₂ в MoDTC. N , N -Диметилгексадециламин способствует образованию MoS ₂ в амиде молибдена. Побочные продукты из MoO _1,6 S _1,6 и Cr / MoS ₂ из MoDDP при высокой температуре приводят к высокому коэффициенту трения.

Введение

Органический молибден давно применяется как эффективная добавка для снижения трения [1–4], которая демонстрирует значительные характеристики снижения трения в стали, чугуне и других поверхностях [5, 6].Поэтому он привлекает большое внимание к изучению механизма уменьшения трения.

Типичными органическими молибденами являются дитиокарбаматы молибдена (MoDTC), диалкилдитиофосфат молибдена (MoDTP), диалкилдитиофосфат молибдена (MoDDP) и амид молибдена. В общем, трибохимическое разложение органического молибдена и образование дисульфида молибдена (MoS ₂ ) являются ключом к снижению коэффициента трения. С помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света Хаэмба и др. Проанализировали роль разложения MoDTC в контактах сталь / сталь [7].Согласно результатам анализов, продукты разложения MoDTC включают MoS ₂ , FeMoO ₄ и соединения молибдена с высоким содержанием серы, а также MoSx (x> 2). FeMoO ₄ образуется в результате побочной реакции между оксидами железа и соединениями молибдена при низких температурах и низких концентрациях MoDTC. Что касается трибохимического продукта, шероховатость поверхности будет иметь влияние на трибохимическое производство MoDTC. Шероховатая поверхность способствует повышенному образованию MoS ₂ из MoDTC, в то время как гладкая поверхность приводит к смеси MoS ₂ , MoSx (x> 2) и FeMoO ₄ , что указывает на частичное разложение MoDTC [ 8].

Смазочные материалы представляют собой смесь базового масла и различных функциональных присадок. На органический молибден будет влиять присутствие других добавок. Между функционализированной добавкой и органическим молибденом могут быть обнаружены как синергизм, так и антагонизм [6].

Синергетический трибологический эффект может возникать при смешивании MoDTC с диалкилдитиофосфатом цинка (ZDDP). Результаты исследования показывают, что состав смазки и пленки трибохимических реакций могут повлиять на деформацию подповерхностных слоев, что играет важную роль в противоизносных характеристиках [9].Сингернистический трибологический эффект можно также обнаружить при смешивании не содержащего серы и фосфора амида молибдена (МА) с ZDDP [10]. Как показали результаты четырехшариковой машины, 2% мас. MA и 1% ~ 1,25% ZDDP являются оптимальными для снижения трения и противоизносных характеристик. Подобные синергетические результаты были также получены Cai T и Zhang J [11, 12]. Смесь 0,5% МА и 0,5% ZDDP снизила коэффициент трения почти до 35% по сравнению с чистым MA и ZDDP с аморфным MoS ₃ и MoS ₂ в качестве промежуточного продукта смеси MA и ZDDP.В условиях сильного трения основным продуктом является MoS ₂ [13]. Кроме того, жирный триамин также был идентифицирован как эффективный для повышения эффективности снижения трения [14]. Длинные листы MoS ₂ были обнаружены на поверхности трения, которые выровнены вдоль направления скольжения [15]. Ян и др. Сравнили трибологические свойства органического молибдена, не содержащего серы и фосфора, ZDDP и MoDTC. Когда концентрация органического молибдена, не содержащего серы и фосфора, достигала 2 мас.%, Коэффициент трения и образование следов износа сводились к минимуму.След от износа при испытании с четырьмя шарами с органическим молибденом был самым низким по сравнению с ZDDP и MoDTC [16]. По сравнению с MoDTC, коэффициент трения был снижен на 25% в присутствии высокосернистой добавки молибензита и добавки МА [17]. Производство MoS ₂ / MoS _{2- x} O _x показывает характер твердой смазки на стальных поверхностях. Листы MoS ₂ / MoS _{2− x} O _x в основном заделаны в богатую кислородом аморфную матрицу, в то время как трибохимический продукт смеси MoDTC-ZDDP представляет собой матрицу из полифосфатного / фосфатного стекла.

Смесь GMO, MoDTC и ZDDP демонстрирует синергетические свойства снижения трения в базовом масле PAO и пальмовом эфире триметилолпропана, что снижает коэффициент трения на 30-50% [18, 19].

Помимо синергетического эффекта, некоторые добавки могут отрицательно влиять на эффективность органического молибдена в снижении трения, особенно органические модификаторы трения, которые имеют полярную функциональную группу для образования адсорбционной граничной пленки на поверхностях трения и снижения коэффициента трения.Обычно органические модификаторы трения включают сложный эфир, амид, жирную кислоту и длинноцепочечный жирный амин. Органические модификаторы трения, содержащие полярные группы, могут улучшить растворимость полярных присадок в неполярном базовом масле [20]. Показано, что увеличение концентрации сложного эфира приведет к увеличению коэффициента трения MoDTC в контактах сталь / железо [21]. Хотя коэффициент трения смазки, содержащей сложный эфир и MoDTP, может привести к низкому коэффициенту трения в начале испытания на трение, явление низкого трения не сохраняется надолго в присутствии сложного эфира [22].Следовательно, чтобы оптимизировать состав смазочного материала, необходимо выяснить влияние органического модификатора трения на органическое соединение молибдена.

В этой статье было проведено исследование трибологических характеристик органического молибдена в присутствии органического модификатора трения. В качестве органического молибдена были выбраны не содержащие серы и фосфора амид молибдена (MA), серосодержащие дитиокарбаматы молибдена (MoDTC) и серо-фосфорсодержащий диалкилдитиофосфат молибдена (MoDDP).Моноолеат глицерина (GM), пентаэритрит (PT) и N, N-диметилгексадециламин (AM) были выбраны в качестве органических модификаторов трения. Трение скольжения было выполнено на испытательном кольце типа «блок-кольцо». Регистрировали коэффициент трения и износ образцов для испытаний. Обсужден механизм взаимодействия органических модификаторов трения и органического молибдена.

Материалы и методы

Смазочные материалы

Органические молибденовые модификаторы трения, используемые для исследования трения, включают дитиокарбамат молибдена (MoDTC), диалкилдитиофосфат молибдена (MoDDP) и амид молибдена (MA), которые были предоставлены Minglanchem.Co. Ltd. Молекулярные структуры органических молибденов, предоставленные поставщиками, показаны на.

(a) дитиокарбамат молибдена (MoDTC), (b) амид молибдена (MA) и (c) диалкилдитиофосфат молибдена (MoDDP).

Органические модификаторы трения включают моноолеат глицерина (чистота 97,7%), пентаэритрит (чистота 95%) и N, N-диметилгексадециламин (чистота 98%). Органические модификаторы трения, не содержащие серы и фосфора, были поставлены Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co.Ltd. Минеральное базовое масло группы I было выбрано из-за его широкого применения в смазке оборудования. Поскольку базовое масло Группы I было дистиллировано из сырой нефти, в базовом масле часто присутствуют примеси, такие как сера. Концентрация серы в базовом масле в этом исследовании составляла 0,11% по массе, что было проанализировано анализатором масла OSA 4 Metallab на месте.

В базовое масло было добавлено 1 мас.% Органического молибдена и 1 мас.% Органического модификатора трения, что является эффективной концентрацией [23]. Базовое масло и присадки взвешивали на аналитических весах, затем тщательно перемешивали магнитной мешалкой.Вязкость исследуемых образцов масла измеряли капиллярным вискозиметром. Для упрощения описания в следующих разделах сокращенные обозначения базового масла и присадок приведены в. Составы тестовых масел показаны на.

Таблица 1

Сокращения базового масла и присадок.

Таблица 2

Составы тестовых масел.

Образцы для испытаний

Кольцо и блок образцов для испытаний были из стали GCr15, которая обычно используется для изготовления подшипников и образцов трения в трибологический тест. Кольцо и блок показаны на. Образцы для испытаний имеют твердость HV 751 для кольца и блока. Шероховатость Ra поверхности кольца и блока составляет 0,1 мкм и 0,3 мкм. Кольцо имеет внутренний диаметр 45 мм, внешний диаметр 50 мм и высоту 25 мм.Блок представляет собой цилиндр высотой и диаметром 10 мм.

Кольцо и блок для испытаний.

Экспериментальная установка

Испытательный стенд «блок на кольце» был изготовлен для проверки смазывающих свойств. Блок-кольцо – это типичный линейный контакт, который представляет состояние контакта гильзы цилиндра и поршневого кольца в дизельном и бензиновом двигателях. Поэтому он широко используется при испытании смазочных характеристик. Схема испытательного стенда представлена ​​на рис.Фотографии испытательного стенда представлены в. Кольцо было установлено на валу качения, приводимом в движение серводвигателем, а блок закреплен на загрузочном устройстве. На верхнюю часть блока была приложена нормальная нагрузка. При качении вала между кольцом и блоком возникло трение скольжения. Загрузочное устройство закреплено на направляющей, которая может свободно перемещаться в направлении силы трения. Когда сила трения толкает загрузочное устройство, сила трения регистрировалась датчиком давления, закрепленным между загрузочным устройством и экраном демпфера.Смазочная ванна располагалась под кольцом. При качении кольца смазка, содержащаяся в смазочной ванне, уносилась на поверхность трения.

Нагреватель и датчик температуры были встроены в ванну со смазкой, температура ванны со смазкой контролировалась регулятором температуры. Масло, уносимое контактной поверхностью, трудно обнаружить, поэтому температура смазочной ванны представляет собой температуру смазочного материала в этой статье. Температуру можно регулировать от 40 ° C до 150 ° C, что является типичной температурой для подшипников двигателя при холодном пуске и длительной работе.Скорость вращения вала можно регулировать от 0 до 3000 об / мин. Нагрузка применялась с отягощениями от 10 до 100 Н. Преобразователь давления Longlv-LLLBM, измеряющий силу трения, производится компанией Shanghai Longlv Electronic Technology Co., Ltd. Диапазон измерения составляет ± 100 Н с точностью ± 0,1 Н. Вместе с усилителем заряда сигнал силы трения считывался картой сбора данных YAV-USB 8AD Plus, выпускаемой Wuhan YAV Electronic Technology Co., Ltd. Данные о трении измерялись каждую секунду, всего 21600 точек данных.

Коэффициент трения был получен с помощью уравнения 1

Где μ – коэффициент трения, F – сила трения (Н), Н – приложенная нагрузка (Н)

Методика эксперимента

Перед экспериментом образцы для испытаний очищали петролейным эфиром и спиртом, чтобы удалите любые загрязнения, оставшиеся на поверхности. Затем кольцо и блок были закреплены на испытательном стенде.В ванну для смазки добавляли 20 мл смазки. Условия испытаний задавались согласно. Концентрация присадок невысока, вязкость смазочных материалов в составе смеси мало отличается по сравнению с базовым маслом. Таким образом, вязкость базового масла при различных температурах испытания может быть репрезентативной для испытуемых смазочных материалов, показанных на рис.

Вязкость базового масла при различных температурах испытания.

Таблица 3

Условия испытаний на трение.

После экспериментов испытуемые образцы были очищены петролейным эфиром и спиртом.Следы износа и морфология поверхности образцов для испытаний измерялись / наблюдались с помощью ZEISS Axio Observer. Химические элементы поверхностей трения определялись с помощью энергодисперсионного спектрометра (EDS) JEOL JSM-7610F. Трибохимические продукты были обнаружены с помощью рентгеновского фотоэлектронного спектроскопа (XPS) Thermo Fisher Scientific K-Alpha 1063.

Результаты и обсуждение

Трение и износ

показывает изменение коэффициента трения смазок, содержащих MoDTC и органические модификаторы трения, в течение 6-часового испытания, в течение которого температура составляла 40 ° C.При инициировании коэффициент трения резко возрастает до высокого уровня, близкого к 0,16, а затем снижается до относительно низкого значения. Все коэффициенты трения остаются стабильными, за исключением BO-MC, который постепенно повышается от 0,075 до 0,085 после 280 мин испытания. После 6-часового теста все тестовые образцы масла показывают стабильное значение.

Показывает коэффициент трения испытательной смазки, содержащей MoDTC и органические модификаторы трения, в течение 6 часов испытания при температуре испытания 40 ° C.

Чтобы обобщить результаты трения и сделать четкий вывод, средние коэффициенты трения образцов смазки в стабильный период были проиллюстрированы в.

Влияние органических модификаторов трения на коэффициент трения органического молибдена, (a) MoDTC и органические модификаторы трения, (b) МА и органические модификаторы трения, (c) MoDDP и органические модификаторы трения.

показывает влияние органических модификаторов трения на MoDTC (MC). Как правило, с повышением температуры испытания трение BO и BO-MC-GM постепенно увеличивается, в то время как трение BO-MC-PT, BO-MC-AM и BO-MC значительно снижается. На протяжении всего теста базовое масло без каких-либо добавок показало самый высокий коэффициент трения, который увеличился с 0.094 до 0,116. BO-MC-GM продемонстрировал отличные характеристики снижения трения при 40 ° C, а затем немного повысился с 40 ° C ~ 130 ° C. При 150 ° C коэффициент трения BO-MC-GM увеличивается с 0,079 до 0,093, что близко к максимальному коэффициенту трения BO и BO-MC-AM при 40 ° C. Коэффициент трения BO-MC резко снизился с 0,084 до 0,051 при повышении температуры с 40 ° C до 70 ° C, что может быть вызвано температурой искрения для трибохимической реакции молибденорганической композиции.Затем оно немного увеличилось до 0,062, что может быть результатом уменьшения вязкости базового масла с повышением температуры. Коэффициент трения BO-MC-PT снижался более быстрыми темпами, чем BO-MC-AM. И BO-MC-PT, и BO-MC-AM показали более низкий коэффициент трения, чем BO-MC, при 150 ° C, что предполагает синергетический эффект, полученный при высоких температурах испытаний.

показывает влияние органического модификатора трения на амид молибдена (МА). BO-MA, BO-MA-PT и BO-MA-GM показывают низкий коэффициент трения ниже 90 ° C, а затем резко повышается до примерно 0.9. Добавление PT и GM немного увеличило коэффициент трения по сравнению с BO-MA. Смесь БО-МА-АМ показала иную тенденцию. В частности, он значительно снизился с 0,68 до 0,24 при повышении температуры с 40 ° C до 110 ° C. После того, как коэффициент трения достиг минимума при 110 ° C, коэффициент трения увеличился почти линейно до 0,068 при повышении температуры с 110 ° C до 150 ° C, что указывает на то, что добавление AM улучшило характеристики MA в отношении снижения трения.

показывает влияние органического модификатора трения на MoDDP (MP). Как правило, коэффициент трения увеличивается с температурой. Добавление органического модификатора трения демонстрирует синергетический эффект с MP, который снижает трение на протяжении всей температуры испытания по сравнению с чистым MP. При 40 ° C самый низкий коэффициент трения показывает BO-MP-PT, за ним идут BO-MP-GM, BO-MP-AM и BO-MP. Когда температура была выше 70 ° C, коэффициент трения BO-MP-GM, BO-MP-AM и BO-MP-PT очень близок.

показывает оптические изображения изнашиваемой поверхности блока. Поскольку вес износа, измеренный аналитическими весами, не имеет значения во время испытания, ширина пятна износа использовалась для оценки противоизносных характеристик различных смазочных материалов, которые были получены путем измерения расстояния между пунктирными линиями. Поверхность трения БО имеет очень широкий след износа. Поверхность трения BO-MC-AM имеет чистую поверхность трения темно-синего цвета. Поверхности, смазанные BO-MA-GM, BO-MA-PT и BO-MA-AM, имеют чистую поверхность с небольшими коричневыми продуктами износа.Поверхность, смазанная другими смазками, имеет темно-коричневый цвет.

Оптические изображения изнашиваемой поверхности блока.

показывает ширину пятна износа блока, смазанного различными формулами испытательного масла при 150 ° C. Все составы демонстрируют меньший износ по сравнению с BO. Присутствие PT явно уменьшило износ MoDTC и MoDDP. Однако смазочные материалы, содержащие МА, демонстрируют другой износ. Настоящее ПТ увеличило износ МА.

Ширина пятна износа на блоке, смазанном различными формулами испытательного масла при 150 ° C.

показывает SEM-изображение поверхности износа. Поверхность, смазываемая ВО, показывает небольшой адгезионный износ с явной деформацией поверхности. Однако на BO-MC-GM есть небольшая царапина, которая указывает на очевидный износ и более сильное трение. Другие поверхности имеют морфологию плоского износа. На изображениях можно найти ямы, то есть дефекты поверхности. Они хорошо согласуются с тенденцией к трению и шириной пятна износа внутри.

СЭМ-изображение изнашиваемой поверхности.

Обсуждение

Анализ EDS и XPS проводился на поверхности износа.показывает пики EDS поверхностей трения после испытаний. Поверхность трения, смазанная MC () и MA (), в основном содержит Fe, хром, молибден и серу. Поверхность, смазанная MP (), также содержит фосфор.

EDS поверхностей трения (a) MoDTC (MC), содержащие смазочные материалы, (b) смазочные материалы, содержащие амид молибдена (MA), (c) MoDDP (MP), содержащие смазочные материалы, (d) базовое масло (BO).

Трибохимические продукты были проанализированы с помощью фотопиков XPS, и соответствующие данные были проверены с помощью базы данных XPS [24].

Фотопики D-орбитали в третьей электронной оболочке (Mo3d) обычно использовались для анализа химического состава Mo-содержащего вещества. иллюстрирует фотопики XPS Mo3d, смазанного смазочными материалами, содержащими MoDTC (MC). Очевидное изменение можно найти на фотопике XPS Mo3d. В, продукт износа BO-MC в основном состоит из MoO ₃ и MoS ₂ . В, пик MoS ₂ в BO-MC-PT выше, чем у BO-MC, что означает, что больше MoS ₂ было произведено на поверхности трения в настоящее время PT.В продукте износа BO-MC-AM также наблюдается четкий пик MoS ₂ , в то время как в продукте износа для BO-MC-GT почти нет пика MoS ₂ . Было доказано, что предпочтительное преобразование органического молибдата в MoS ₂ может улучшить трибологические характеристики [25]. Следовательно, отсутствие MoS ₂ является основной причиной, влияющей на характеристики снижения трения BO-MC-GM. Четкий пик MoS ₂ в BO-MC-PT приводит к самому низкому трению и износу смеси BO-MC-PT.BO-MC, BO-MC-PT и BO-MC-AM показывают очень низкий коэффициент трения при 150 ° C, BO-MC и BO-MC-PT демонстрируют отличные характеристики снижения трения при температуре испытания. Хотя противоизносные характеристики BO-MC-AM и BO-MC-PT очень низкие среди тестируемых формул масла, коэффициент трения BO-MC-AM относительно высок, пока температура не достигнет 150 ° C. Поэтому лучшая формула масла – БО-ГМ-ПТ.

Фотопики XPS поверхности трения Mo3d, смазанного смазочными материалами, содержащими MoDTC (MC).

иллюстрирует фотопики XPS Mo3d, смазанного смазочными материалами, содержащими амид молибдена (MA). В, поверхность смазана BO-MA, содержащим MoO _X (235,8 эВ), MoO ₃ (232,7 эВ), MoO ₂ (229,8 эВ) и MoS ₂ (228,8 эВ). Сера, присутствующая в продуктах трения, в основном поступает из минерального базового масла. Смазанная поверхность BO-MA-PT показывает MoO _X (235,8 эВ), MoO ₃ (232,7 эВ) и MoO ₂ (229.7 эВ). В трибохимических продуктах BO-MA-AM, содержащих смазочные материалы, содержащие MoO _X (235,8 эВ), MoO ₃ (233,5 эВ и 232,5 эВ), MoS ₂ (230,1 эВ и 229,1 эВ), пик в 229,1 эВ также может указывать на MoO ₂ . Смазанная поверхность BO-MA-GM содержит MoO _X (235,8 эВ), MoO ₃ (232,8 эВ) и MoO _1,0 S _2,0 (230,8 эВ).

Фотопики XPS поверхности трения Mo3d, смазанного смазочными материалами, содержащими амид молибдена (MA).

В заключение, результаты показывают, что наличие двойного пика около 230,1 эВ и 229,1 эВ, что указывает на MoS ₂ , способствует низкому коэффициенту трения BO-MA-AM. Хотя МА не содержит серы, вклад серы в минеральное базовое масло улучшает трибологические характеристики МА. Отсутствие MoS ₂ приводит к высокому коэффициенту трения БО-МА-ПТ и БО-МА-ГМ. Пик MoS ₂ BO-MA ниже, чем BO-MA-AM. Следовательно, коэффициент трения БО-МА ниже, чем БО-МА-АМ.

иллюстрирует фотопики XPS Mo3d, смазанного смазочными материалами, содержащими MoDDP (MP). При низкой температуре трения продуктами трения смазочных материалов, содержащих MoDDP, являются MoO _X , MoO ₃ и MoO _1,0 S _2,0 . При высокой температуре трения можно наблюдать очень широкий пик между 230 эВ-228 эВ. Основными продуктами являются MoO _X (235,0 эВ), Mo ₄ O ₁₁ (231,8 эВ), MoO _1,6 S _1,6 (229.7 эВ), Cr / MoS ₂ (228,4 эВ, 227,9 эВ). Побочные продукты из MoO _1,6 S _1,6 и Cr / MoS ₂ приводят к более высокому коэффициенту трения.

Фотопики XPS Mo3d, смазанного MoDDP (MP), содержащим смазочные материалы.

Заключение

В этой статье было проведено исследование влияния органического модификатора трения на трибологические характеристики органического модификатора трения молибдена с использованием испытательного стенда «блок-на-кольцо», на основе которого измерялись трение и износ различных присадок. смеси были записаны и проанализированы.Результаты этого исследования резюмируются следующим образом:

1. С увеличением температуры испытаний присутствие GM в MoDTC увеличивало коэффициент трения, в то время как трение MoDTC с AM и PT резко снижалось. MC-PT подходит для снижения трения в широком диапазоне температур, в то время как BO-MC-AM показывает только самый низкий коэффициент трения при 150 ° C. Смесь БО-МА-АМ демонстрирует очевидный синергетический эффект снижения трения. Все протестированные органические модификаторы трения снижали коэффициент трения MoDDP.Все испытанные органические модификаторы трения снижают износ органического молибдена, за исключением рецептуры BO-MA-PT. PT показывает лучшие противоизносные характеристики с MoDTC.

2. Синергетический эффект смазки можно найти в BO-MC-PT, который показывает более низкий коэффициент трения по сравнению с BO-MC-AM и BO-MC. PT продвигает производство MoS ₂ в MoDTC. N , N -Диметилгексадециламин способствует получению MoS ₂ в амиде молибдена в присутствии серосодержащего базового масла.При низкой температуре трения трибохимическими продуктами смазочных материалов, содержащих MoDDP, являются MoO _X , MoO ₃ и MoO _1.0 S _2.0 . При высокой температуре побочные продукты из MoO _1,6 S _1,6 , Cr / MoS ₂ и углеводород молибдена из MoDDP приводят к высокому коэффициенту трения.

Заявление о финансировании

Авторы выражают признательность Weiwei Wang за финансовую поддержку, предоставленную Фондом естественных наук провинции Шаньдун (ZR2019BEE073).Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Доступность данных

Все соответствующие данные находятся в документе.

Ссылки

Лучший модификатор дифференциального трения Ford – 10 лучших обзоров модификатора дифференциального трения Ford

Мы используем данные пользователей, чтобы понимать процесс принятия решений и предлагать каждому пользователю лучшие продукты.Мы адаптируем наши сравнения к тому, что важно для наших пользователей, будь то конкретные или общие. Мы постоянно обновляем наш контент, мы постоянно ищем новых продавцов и продукты для сравнения и быстро удаляем все, что устарело или больше не соответствует нашим стандартам. Наши рейтинги меняются изо дня в день на основе наших запатентованных алгоритмов, которые обрабатывают данные, чтобы определить наиболее эффективные продукты и адаптировать рекомендации именно к тому, что ищут наши читатели.

Найти лучшее – значит найти лучшее для себя.Самым важным соображением является получение максимальной мощности в своем ценовом диапазоне. Вы можете часами искать качественный модификатор дифференциала трения Ford или доверять нашему опыту и рассмотреть вариант из нашего короткого списка. Однако, если у вас есть дополнительные вопросы или советы, мы рекомендуем вам продолжить чтение, чтобы получить подробное образование по этой теме.

Хотя это может быть больше, чем мы предлагаем здесь, для вас важно убедиться, что вы провели эксклюзивное исследование этого продукта, прежде чем покупать его для себя.Вопросы могут включать:

• Стоит ли покупать модификатор трения дифференциала Ford?
• Каковы преимущества покупки модификатора дифференциала трения Ford?
• Какие факторы следует учитывать перед покупкой лучшего модификатора дифференциала трения Ford?
• Почему важно приобретать модификатор дифференциального трения Ford, особенно лучший?
• Какие хорошие модификаторы трения дифференциала Ford доступны на сегодняшнем рынке? Или какой лучший модификатор трения дифференциала Ford 2021, 2020?

Мы не забываем, что поддержание актуальности информации о продуктах является нашим приоритетом; поэтому мы постоянно обновляем наши веб-сайты.Получите дополнительную информацию о нас из онлайн-источников. Если вы считаете, что информация, представленная здесь, вводит в заблуждение, неверна или не имеет отношения к действительным фактам, пожалуйста, свяжитесь с нами. Мы всегда будем рядом с вами.

Влияние структурных факторов на трибологические характеристики органических модификаторов трения

Модификаторы трения, моющие средства и змеиное масло: автомобили

Итак, я довольно много увлекался автомобилями всю свою жизнь. Я всегда видел трансвеститы Лукаса в «О’Рейли», в детстве относился к ним неукоснительно, но мне говорили, что это мусор и всю мою жизнь.

Одна вещь, которая на самом деле не изменилась, более того, я узнал о модификаторах трения, которые там используются, и о том, как избежать змеиных масел, которых все еще много.

Прежде всего, я клянусь этим, и все остальные тоже – морской пеной. Добавленный в ваше масло, это отличное моющее средство и универсальный дегункер. Он может убрать дребезжащие подъемники и клапаны, как никому не нужно, а также избавится от основного углерода. Предполагается, что он будет работать в течение длительного времени, но через неделю он станет черным как масло. Так что пробегите его за 200 миль до замены масла.

100% отныне проверяйте каждую подержанную машину, которую вы покупаете, хотя бы один раз. Stuff – настоящий чудотворец.

Восстановите, этот тоже отлично справляется. По моему опыту, это ничего не решает проблемы с клапанным механизмом, но абсолютно поможет старому набору колец поддерживать хороший бой. Я запускаю это во всех своих двигателях после того, как запену их.

Отличная штука, неработающий двигатель не починит, а некоторых умирающих абсолютно спасет.

Наконец, моя 5-ступенчатая машина в моей машине приобрела всевозможные зазубрины и мерзости, и мне не нравилось переключаться резво или что-то еще, поэтому я слил жидкость, чтобы посмотреть ее характеристики и…. Ну, давайте просто скажем, что бронзовые синкро Borg Warner действительно не любят динозавр, в отличие от китового жира, для которого они были впервые разработаны. Мое масло искрилось, как сумеречный вампир.

То, что спасло эту трансмиссию, моя кровь и кожа суставов была хорошей оле-синтетической ATF, остановкой утечки и пробуксовки Лукаса и регулировкой упоров переключателя. Автомобиль теперь двигается как болт.

Сейчас я публикую это, потому что 60 долларов в основном спасли эту машину, и если бы предыдущий владелец знал эти вещи, он мог бы продать ее намного дороже или оставить для использования.Причина, по которой он этого не сделал, заключается в том, что, хотя есть настоящие отличные продукты, такие как перечисленные здесь, некоторые из них представляют собой полное змеиное масло, что еще хуже, некоторые являются отличными продуктами, которые могут помочь, но без сложных знаний о рассматриваемом двигателе могут даже навредить прекрасно один.

Так что я выложу это для каждого Тома, Дика и Джули, которые понятия не имеют. Эти продукты, перечисленные здесь, при использовании в соответствии с указаниями на обычном автомобиле, в котором используется масло 5wt или выше, не причинят вреда вашему двигателю.Ограничители утечки и скольжения работают как для автоматики, так и для руководств, но не для вариаторов, насколько мне известно.

Что такое модификатор трения?

Что означает модификатор трения?

Модификатор трения – это присадка к топливу, обычно используемая в граничных смазочных материалах для снижения коэффициента трения и улучшения смазывающей способности и энергоэффективности. Это полярные химические соединения, имеющие высокое сродство к металлическим поверхностям и длинные алкильные цепи.

Эта присадка является ключевым компонентом современных моторных масел и играет жизненно важную роль, уменьшая трение в ключевых точках контакта металла с металлом в двигателях и трансмиссиях.

Модификаторы трения также известны как присадки для граничной смазки или уменьшители трения.

Corrosionpedia объясняет модификатор трения

Модификаторы трения – это маслорастворимые химические вещества, которые используются в качестве присадок к смазочным маслам для двигателей внутреннего сгорания и трансмиссий.Помимо повышения экономии топлива за счет снижения трения, они также могут предотвратить образование задиров на металле, снизить износ двигателя и шум, а также помочь предотвратить микропиттинг на металлических поверхностях при использовании в промышленных трансмиссионных смазках.

Модификаторы трения обычно имеют водорастворимый конец (головка) и маслорастворимый конец (хвост). При использовании в качестве смазочной добавки водорастворимый конец молекулы находит металлическую поверхность и прикрепляется. Это обеспечивает временное жидкое покрытие на металле, которое служит для минимизации трения в результате контакта металла с металлом.

Модификаторы трения обычно используются в маслах для бензиновых двигателей и добавляются в жидкости для:

• Автоматических и механических коробок передач
• Гидравлические системы тракторов
• Усилитель руля
• Амортизаторы
• Металлообработка

Жидкости для автоматических трансмиссий смазочные материалы для осей с ограниченным проскальзыванием и модификаторы трения управляют приложением крутящего момента через сцепление и ленточные зацепления.

Хотя модификаторы трения являются ключевыми компонентами присадок, они присутствуют в жидкости лишь в небольших количествах.Большинство модификаторов трения действуют, создавая гладкую ассоциативную пленку на поверхности, уменьшающую трение скольжения и / или качения. Потребности в смазке должны быть тщательно сбалансированы, поскольку модификаторы трения должны работать в присутствии других добавок, таких как противоизносные добавки, которые имеют тенденцию увеличивать трение.

границ | Факторы влияния на механизмы сверхсмазки в DLC-пленках: обзор

Введение

Трение – один из решающих факторов, влияющих на эффективность и срок службы механической системы.По статистике, 23% мирового потребления энергии связано с деятельностью, связанной с трением, из которых 40% можно предотвратить за счет применения передовых технологий обработки поверхностей, материалов и смазки (Holmberg and Erdemir, 2017). В связи с растущим спросом на повышение эффективности, мощности и срока службы механических систем исследования по снижению трения и износа становятся все более важными как с экономической, так и с экологической точек зрения. Открытие суперсмазки дает возможность снизить трибологический расход до чрезвычайно низкого уровня и за последние три десятилетия привлекло все более пристальное внимание исследователей со всего мира.

Концепция сверхсмазки была впервые представлена ​​Хирано в теоретическом предсказании, основанном на расчетах, что сила трения может достичь нулевого уровня, когда две кристаллические поверхности скользят в несоизмеримых условиях (Hirano and Shinjo, 1990). Вскоре это было подтверждено тестом на трение в нанометровом масштабе на сколотых слюдяных поверхностях с разными углами смачивания (Hirano et al., 1991). Теперь это идеальное состояние исчезновения трения обычно переопределяется как структурная сверхсмазка, а концепция сверхсмазки обычно принимается как состояние скольжения с кинетическим коэффициентом трения ниже 0.01 (Erdemir, Eryilmaz, 2007). Примерно в 2000-х годах, с быстрым увеличением инвестиций в исследования, было обнаружено больше явлений суперсмазки, которые в целом можно разделить на твердую и жидкую суперсмазку соответственно. В наномасштабе или микромасштабе суперсмазка достижима с помощью различных твердых материалов, таких как слоистые материалы, такие как графит, графен (Dienwiebel et al., 2004), BN (Song et al., 2018) и MoS ₂ (Martin et al. ., 1993), атомно-сглаженные кристаллы, включая ковалентные кристаллы, подобные Si (001) (Hirano et al., 1997), ионные кристаллы (Socoliuc et al., 2004), такие как NaCl, металлические кристаллы, такие как Ag (Goto and Honda, 2004). На сегодняшний день было обнаружено, что различные материалы на основе углерода способны обеспечивать сверхсмазку (Chen and Li, 2020), например, пленки интеркалированного графита C ₆₀ (Miura et al., 2005), углеродные нанотрубки (Zhang et al. ., 2013), графит или графен, ультрананокристаллический алмаз (Kumar et al., 2011), луковичный / фуллереноподобный углерод (Gong et al., 2017) и алмазоподобный углерод (Erdemir, Eryilmaz, 2014). ).Тем не менее, большинство из этих свойств сверхсмазки основано на несоизмеримом контакте сверхгладких кристаллических поверхностей, который все еще далек от применения в инженерии из-за разнообразных помех в макроскопических трибосистемах.

Алмазоподобная углеродная пленка (DLC) представляет собой класс аморфных покрытий на основе углерода, которые существуют в форме неупорядоченной ковалентной сети sp ¹ , sp ² и sp ³ гибридизированных атомов углерода, и обладает способностью вводить в пленку другие элементы, такие как водород.В соответствии с различиями в структуре и легированных материалах, DLC можно в целом разделить на аморфный углерод (aC), гидрированный аморфный углерод (aC: H), тетраэдрический аморфный углерод (ta-C) и гидрированный тетраэдрический аморфный углерод (ta-C: H) (Робертсон, 2002). Методы синтеза DLC-пленок можно разделить на физическое осаждение из паровой фазы (PVD) и химическое осаждение из паровой фазы (CVD). С развитием этих технологий покрытия DLC можно гибко наносить на различные материалы, такие как кремний, керамика, стекло, металл и резина.Между тем, изменяя условия осаждения, их структуру и состав можно регулировать для получения превосходных механических и трибологических свойств для различных условий применения.

DLC был впервые синтезирован примерно в 1950-х годах. Систематические исследования DLC начались в 1970-х годах (Aisenberg and Chabot, 1971). Позже, в 1981 году, Энке сообщил о сверхсмазочной способности пленок DLC с коэффициентом трения 0,005 в сверхвысоком вакууме (Enke, 1981). В 1990-х годах сверхсмазочная способность a-C: H в вакууме систематически изучалась Доннетом и др.(1994) и Доннет и Гриль (1997). В 2000 году был достигнут сверхнизкий коэффициент трения 0,002 при испытании самосопряжения aC: H в атмосфере азота и аргона (Erdemir et al., 2000a), и был достигнут сверхдлительный срок службы сверхсмазки 32 дня (Erdemir et al. , 2000b), как показано на рисунке 1A. Недавно был достигнут чрезвычайно низкий коэффициент трения 0,0001 при большой нагрузке с a-C: H в атмосфере водорода (Nosaka et al., 2017), как показано на рисунке 1B. Эти результаты показывают, что пленки a-C: H способны достигать стабильной суперсмазки в сухой инертной атмосфере, вакууме и водороде, а основной механизм тесно связан с вызванным трением структурным преобразованием области контакта и трибохимическим взаимодействием между поверхностями скольжения.Дальнейшие исследования показали, что введение кремния (Chen et al., 2014, 2017) или серы (Freyman et al., 2006) в пленки aC: H может значительно снизить их чувствительность к кислороду или водяному пару, что приведет к повышенной смазке влажного воздуха за счет новые пути. Пленки из фуллереноподобного гидрированного аморфного углерода (FL-C: H) также проявляют сверхсмазочные свойства как в азоте, так и в воздухе (Wang et al., 2008). Като и др. предположил, что нитрид углерода (CN _x ) может обеспечивать сверхсмазку в атмосфере азота без присутствия водорода (Kato et al., 2003; Адачи и Като, 2008 г.). Таблица 1 показывает график прогресса исследований твердой сверхсмазки, достигнутой с помощью DLC-пленок. Что касается жидкой смазки, исследования показали, что не содержащий водорода ta-C может достичь суперсмазочности с помощью сложноэфирной присадки (Kano, 2006), глицерина (De Barros Bouchet et al., 2007), ненасыщенных жирных кислот (Kuwahara et al., 2019). DLC, смазанный наночастицами нитрида бора, диспергированными в PAO, также доступен для достижения сверхсмазочности (Zeng et al., 2013).

Рис. 1. (A) Суперсмазка с чрезвычайно долгим сроком службы 32 дня, достигаемая с пленками a-C: H в среде N ₂ . Адаптировано с разрешения Erdemir et al. (2000b) Copyright 2000, Elsevier Science B.V. (B) Чрезвычайно низкий коэффициент трения ниже 0,0001, достигнутый с пленками a-C: H в среде H ₂ при большой нагрузке. Адаптировано с разрешения Nosaka et al. (2017) Авторское право 2017 г., Японское общество трибологов.

Таблица 1 .Прогресс в исследованиях твердой суперсмазки, достигнутой с различными типами DLC-пленок в различных средах.

На сегодняшний день наблюдается растущий интерес к суперсмазочному DLC, и были обнаружены разнообразные пути суперсмазки. Тем не менее, большинство из этих явлений сверхсмазки достигается в строго контролируемых лабораторных условиях. Механизмы воздействия окружающей среды и условий труда сложны и до сих пор не полностью изучены, что создает неопределенность в отношении эффективного манипулирования сверхсмазочными пленками DLC в машиностроении.В последние десятилетия были проведены многочисленные исследования, направленные на раскрытие этих механизмов и оптимизацию характеристик пленок DLC в сложных условиях. В следующих разделах представлен обзор суперсмазки DLC с точки зрения влияющих факторов, как показано на рисунке 2. Состав пленки является одним из ключевых факторов для создания суперсмазки. Влияние различных элементов, включая водород, фтор, кремний, азот и металлические элементы, обсуждается в разделе «Влияние элементов пленки».Стабильная сверхсмазочная способность, достигаемая с помощью DLC-пленок, обычно требует сухой инертной газовой атмосферы или водородной среды. Хотя трение DLC-пленок в вакууме чрезвычайно низкое, скорость их износа очень высока. И DLC по-прежнему сталкивается с проблемой достижения сверхсмазочности в среде, содержащей кислород и воду. Чувствительность окружающей среды, ее механизмы и методы контроля обсуждаются в разделе «Влияние окружающей среды». С точки зрения инженерных приложений важно понимать влияние рабочих условий, таких как температура, нормальная нагрузка и скорость скольжения, на суперсмазку пленок DLC.Правила влияния и лежащие в их основе механизмы представлены в разделе «Влияние параметров тестирования». Наконец, в разделе «Обсуждение и заключение» представлены наиболее распространенные теории механизмов повышенной смазки с точки зрения происхождения трения. Обобщены фундаментальные ограничения применения сверхсмазочных DLC-пленок в технике и подходы к устранению этих недостатков.

Рисунок 2 . Основные факторы, влияющие на сверхсмазку, достигаемую с помощью DLC-пленок.

Влияние элементов пленки

Правильный состав DLC-пленок обычно считается предварительным условием для достижения состояния сверхсмазки. Понимание механизма воздействия пленочных элементов может сделать возможным более эффективное управление алмазоподобным углеродом с превосходными трибологическими свойствами. В этом разделе представлено влияние пленочных элементов, например пассивация поверхности, вызванная водородом и фтором, и низкая чувствительность к влажности, обусловленная кремнием и серой.Также представлены сверхсмазочные материалы, достигаемые с помощью новых механизмов в пленках из нитрида углерода и металлсодержащих алмазов.

Водород является наиболее распространенным элементом в DLC-пленке, и его пропорцию можно контролировать, изменяя условия осаждения, такие как напряжение смещения (Chen and Kato, 2014) и пропорцию источника газа (Erdemir et al., 2000c). Большинство атомов водорода существует в форме связанных C-H, в то время как некоторые из атомов водорода захвачены в промежутках углеродного каркаса с формами несвязанных атомов и не полностью разложившихся молекул источника газа (Erdemir, 2004).При сухом скользящем контакте они выделяются в формах H ₂ , CH ₄ и т. Д. (Nevshupa et al., 2019). Исследования показали, что фрикционные свойства a-C: H тесно связаны с долей водорода (Donnet et al., 1998, 1999; Erdemir, 2001; Fontaine et al., 2005). Как правило, в вакууме или инертной среде обогащенные водородом пленки aC: H или полимероподобные углеродные (PLC) пленки (Casiraghi et al., 2005) с долей водорода выше 40% являются наиболее подходящими для достижения сверхсмазочности (Donnet et al. al., 1994, 1999; Gao et al., 2003). Безводородный алмазоподобный углерод, такой как ta-C или a-C, демонстрирует очень высокий коэффициент трения до 1 при трибоиспытаниях в вакууме (Andersson et al., 2003). Однако имплантация иона водорода на поверхность безводородного алмазоподобного углерода также может привести к сверхсмазочности (Eryilmaz and Erdemir, 2008). Считается, что введение водорода в матрицу пленки увеличит ее плотность пустот и пропорцию sp ³ , тем самым уменьшив остаточное напряжение в пленке и смягчив материал (Chen and Li, 2020).Что наиболее важно, предполагается, что водород пассивирует оборванные углеродные связи на границе скольжения, уменьшая трибохимический износ и трение, вызванные образованием межфазных углеродных связей и формируя неклейкую поверхность скольжения (Erdemir, 2001), как показано на рисунке 3, что подтверждается моделированием (Pastewka et al., 2008, 2010; Schall et al., 2010). Между тем, моделирование (Dag and Ciraci, 2004) также предполагает, что из-за низкой электроотрицательности водорода обе гидрогенизированные поверхности заряжены положительно и генерируют силу отталкивания, тем самым уменьшая трение и износ (Eryilmaz and Erdemir, 2008).Помимо контроля доли водорода, введение других элементов также является эффективным подходом для улучшения механических и трибологических характеристик DLC-пленок. Речь идет о фторе. Легированный фтором a-C: H с более низким содержанием водорода (5 ат.% H, 18 ат.% F) также может обеспечить сверхсмазку с коэффициентом трения 0,005 в сверхвысоком вакууме (Fontaine et al., 2004). Они также показали более высокую термическую стабильность даже после отжига при максимальной температуре 500 ° C (Nobili, Guglielmini, 2013).Фтор, как другой одновалентный элемент, такой как водород, имеет наивысшую электроотрицательность и может эффективно устранять оборванные связи на поверхностях, обеспечивая отрицательно заряженные поверхности и силу отталкивания, что приводит к сверхнизким коэффициентам трения.

Рисунок 3 . Схема неадгезивной скользящей поверхности, пассивированной водородом. Адаптировано с разрешения Erdemir (2001) Copyright 2001, Elsevier Science B.V.

Кремний – еще одна распространенная легирующая добавка для DLC-пленок, которая может снизить их чувствительность к влажности и улучшить термическую стабильность.Подобно пленкам a-C: H, a-C: H: Si, они также проявляют сверхсмазочные свойства в вакууме (Sugimoto, Miyake, 1990), азоте и водороде (Chen et al., 2014). Как показано на рисунках 4A, B, самый низкий коэффициент трения в азоте может достигать 0,001 для самосопряженного aC: H: Si (31,9 ат.% H, 9,3 ат.% Si), аналогично aC: H (~ 40 ат.% Si). % H) (Chen et al., 2017). Более того, при определенных условиях он также может обеспечивать сверхсмазку во влажном воздухе (Chen et al., 2013), как показано на рисунке 4C, и даже под жидкой водой (Zhao et al., 2009). Поведение сверхсмазочной жидкости пленок a-C: H: Si тесно связано с образованием более мягкой полимероподобной трибопленки в области контакта (Chen et al., 2017). Кремний способен уменьшать пропорцию sp ² и стабилизировать углеродную сетку sp ³ , улучшая термическую стабильность и уменьшая остаточное напряжение. Ожидается, что во время сухого скользящего контакта кремний будет способствовать фазовому превращению и трибоумягчению границы раздела и участвует в процессе эволюции трибопленки (Chen and Li, 2020).Предполагается, что во влажных условиях образование трибопленки, напоминающей кремнезем, и гидроксильных групп, прикрепленных к атомам кремния на поверхности, является важным фактором их поведения сверхсмазки, поскольку они могут направленно поглощать молекулы воды и образовывать слоистые структуры. при соответствующих условиях.

Рисунок 4 . Площадь контакта и чрезвычайно низкий коэффициент трения 0,001 достигнуты с a-C: H: Si (A) и (B) a-C: H. (C) Сверхсмазывающая способность, достигаемая с помощью a-C: H: Si во влажном воздухе, сухом Ar, сухом N ₂ и сухом H ₂ + He.Адаптировано с разрешения Chen et al. (2014) Авторское право, 2014 г., Американское химическое общество.

В некоторой степени сера похожа на кремний в снижении чувствительности DLC-пленок к влажности. Эксперименты показали, что пленки a-C: H: S (5,0 ат.% S) способны обеспечивать сверхсмазку во влажных средах с относительной влажностью от 0 до 50% (Freyman et al., 2006). Исследователи предположили, что сера может участвовать в образовании тиолоподобных (-C-S-H) групп на скользящих поверхностях, что приводит к более слабой энергии связи между молекулами воды и скользящей поверхностью и, следовательно, к низкому коэффициенту трения во влажной среде.

DLC, легированный азотом, или CN _x , может достичь сверхсмазки другим путем без помощи водорода. Коэффициент трения между CN _x (12 ат.% N, 7 ат.% O) и Si ₃ N ₄ мог достигнуть состояния сверхсмазки при испытании в среде азота, но терял эту способность в другой инертной окружающей среде, такой как как CO ₂ , He и вакуум (Kato et al., 2003). Механизм до сих пор полностью не понят, и ключевыми факторами считаются образование переносящего слоя на материале-аналоге и создание химической инертной поверхности, ограничиваемой азотом.

Включение металлических элементов, таких как титан, хром и вольфрам, в DLC-пленки может улучшить их твердость и ударную вязкость (Voevodin and Zabinski, 2000). Однако в этих случаях трудно достичь сверхсмазки, в основном из-за эффекта абразивного износа, вызванного нанокристаллами карбида металла. Как правило, для достижения сверхмазкости металлические элементы должны контролироваться в низком соотношении, чтобы ограничить образование нанокристаллов в пленке. Сообщалось, что DLC, легированный титаном, обеспечивает сверхсмазку с коэффициентом трения 0.005 во влажном воздухе с относительной влажностью 40%, и авторы предположили, что это было связано с антиокислительным эффектом поверхности, богатой TiC, и образованием фуллереноподобной структуры с ядрами TiO ₂ (Zhao et al. , 2016). Совместно легированные титаном и кремнием пленки a-C: H также способны обеспечивать сверхсмазку на воздухе с коэффициентом трения 0,007 (Jiang et al., 2010). Другое исследование показало, что пленки a-C: H, совместно легированные алюминием и кремнием, могут обеспечивать сверхнизкий коэффициент трения, равный 0.001 в высоком вакууме. Самоорганизованная сетка наноструктур и фуллереноподобные структуры были обнаружены как основные факторы сверхсмазки (Liu et al., 2012).

Влияние окружающей среды

Предыдущие исследования показали, что пленки aC: H могут достигать сверхнизкого трения в чистых, инертных средах (таких как азот, углекислый газ, благородные газы и вакуум) и водороде, но это очень сложно в кислороде или влажном воздухе (Erdemir et al. ., 2000c; Chen et al., 2014). Хотя DLC-пленки способны обеспечивать суперсмазку в макромасштабе, их чувствительность к окружающей среде по-прежнему является препятствием для их инженерного применения.В этом разделе представлены экспериментальные исследования сверхсмазочных DLC-пленок в сухой инертной газовой атмосфере, вакууме, водороде, кислороде или водосодержащих средах, соответственно, и обсуждаются механизмы влияния этих сред.

Сухая инертная газовая атмосфера

Сухой азот – наиболее часто используемая среда для достижения сверхмягкости с DLC-пленками. Как правило, сухой азот считается своего рода инертным газом, который может исключить влияние молекул кислорода и воды в лабораторных условиях, что благоприятно сказывается на эффекте самосмазки алмазно-углеродных пленок.То же самое и с углекислым газом и благородными газами, такими как аргон. В то же время скорость износа a-C: H в сухой инертной газовой среде очень мала, а иногда даже невозможно измерить. Тем не менее, хотя суперсмазка доступна для азота, двуокиси углерода и аргона, коэффициент трения в аргоне выше, чем в азоте и двуокиси углерода (Erdemir et al., 1991; Zhang et al., 2002; Ji et al., 2009). ), как показано на рисунке 4C. Исследователи предполагают, что при соответствующей скорости скольжения из-за взаимодействия между π-орбитально-неподеленной парой электронов на пленке и неподеленной парой электронов молекул молекулы N ₂ и CO ₂ могут абсорбироваться на пленке. поверхности, чтобы сформировать молекулярный слой с другой неподеленной парой электронов, направленной наружу, генерируя силы кулоновского отталкивания и предотвращая взаимодействия π-π ^* между двумя поверхностями (Ji et al., 2009).

Вакуум

Вакуум – еще одна важная среда для сверхсмазочных пленок из алмазоподобного углерода из-за их превосходных свойств для использования в космосе (Vanhulsel et al., 2007). Исследователи показали, что DLC-пленки без водорода демонстрируют резкое трение и износ в вакууме с коэффициентом трения до 1 (Erdemir and Eryilmaz, 2014), в то время как обогащенные водородом DLC-пленки способны достигать сверхтяжкости 0,006–0,008 в вакууме. от 10 ⁻⁷ до 10 ⁻¹ Па (Donnet et al., 1994). Однако по сравнению с сухой инертной газовой средой и водородом скорость износа пленок a-C: H в вакууме обычно высока (Fontaine et al., 2001), что по-прежнему является препятствием для их эффективного применения в аэрокосмической отрасли. По сравнению с окружающей средой инертного газа, вакуумная среда теоретически имеет в основном три различных характеристики (Xue and Wang, 2012). Во-первых, защитные эффекты молекул поглощенного газа, упомянутые выше, не существуют, что приводит к более высокой вероятности взаимодействий π-π ^* и, следовательно, трибохимических взаимодействий между двумя поверхностями.Во-вторых, конвекционная теплопередача, обеспечиваемая газовой средой, недоступна, что приводит к более высокой температуре вспышки в области контакта, что способствует их трибохимическим реакциям и потере водорода. В-третьих, основной свободный пробег молекул в вакууме значительно больше, чем в газовой среде, что может увеличить скорость диффузии и потери водорода на контактирующих поверхностях, что приведет к более высокому износу. Улучшение доли водорода – это доступный подход для продления продолжительного времени сверхсмазочного состояния в вакууме.Например, эксперименты показали, что пленки aC: H с содержанием водорода 34% могут выдерживать только около 40 циклов, в то время как при тех же условиях пленки aC: H с более высоким содержанием водорода до 40% могут выдерживать более 500 циклов. циклы (Fontaine et al., 2001). В другом эксперименте состояние сверхсмазки DLC-пленки с 50% водорода длилось около 34 000 циклов (Vanhulsel et al., 2007). Кроме того, еще один способ продлить срок их службы в вакууме – это введение в пленку других элементов.Например, серосодержащие DLC-пленки демонстрируют более высокую устойчивость, но относительно высокие коэффициенты трения в вакууме (Moolsradoo and Watanabe, 2010). Совместное легирование титаном и серебром также может продлить срок службы сверхсмазочных пленок DLC в вакууме. Было замечено, что Ag агломерировался на поверхности скольжения из-за эффекта холодной сварки, а антифрикционные свойства Ag способствовали сверхсмазочному поведению DLC-пленки (Wang et al., 2012).

Водород окружающей среды

Как упоминалось выше, водород, содержащийся в матрице пленки или имплантированный на поверхность, важен для достижения сверхмягкости из-за своего пассивирующего эффекта.Аналогичным образом, окружающая среда в виде газообразного водорода также является благоприятной средой для достижения сверхмягкости. Продолжительность действия и коэффициент трения состояния сверхсмазки, достигаемого с такими же DLC-пленками в водороде, значительно выше, чем в гелии или вакууме (Fontaine et al., 2001), а длительное время увеличивается с повышением давления газообразного водорода (Fontaine et al. ., 2005). Кроме того, водородная среда может значительно снизить коэффициент трения безводородных пленок ta-C или a-C и даже достичь состояния сверхсмазки (Erdemir and Eryilmaz, 2014; Okubo et al., 2015). В водородной среде чрезвычайно низкий коэффициент трения 0,0001 был достигнут с трибопарой из обогащенных водородом DLC-пленок и аналога из ZrO ₂ при большой нагрузке 2,6 ГПа, как показано на рисунке 1B (Nosaka et al., 2017). Исследователи продемонстрировали, что молекулы водорода в окружающей среде могут участвовать в трибохимических взаимодействиях на поверхности с помощью силы сдвига и температуры вспышки в области контакта, что приводит к образованию поверхности, пассивированной водородом (Chen and Li, 2020). .Исследователи предположили, что ZrO ₂ может действовать как катализатор, способствующий распаду H ₂ на диссоциативный H, что облегчает трибохимический процесс и способствует чрезвычайно низкому трению (Nosaka et al., 2017). Следует отметить, что во время сухого скользящего контакта сама пленка выделяла газообразные молекулы, такие как водород, метан, оксид углерода, поскольку молекулы выдавливались из углеродного каркаса или трибохимически образовывались во время скользящего контакта (Nevshupa et al. al., 2019). Высвободившиеся молекулы газа также участвовали в трибохимическом взаимодействии в области контакта, и некоторые исследователи предположили, что эти высвобожденные газообразные молекулы были ограничены в области контакта, что могло действовать как газоноситель из-за эластогидростатического эффекта и уменьшать коэффициент трения (Като и др., 2018).

Кислород и вода окружающей среды

Хотя DLC-пленки способны достигать сверхнизкого трения и износа в сухой инертной среде, оптимизация их трибологических свойств во влажной атмосфере все еще является проблемой.В окружающем воздухе DLC-пленки, богатые водородом, обычно демонстрируют более высокие коэффициенты трения, и намного труднее достичь сверхсмазки, в то время как DLC-пленки без водорода демонстрируют более низкий коэффициент трения во влажной среде (Ronkainen and Holmberg, 2008). Это различие в основном вызвано прерыванием молекул кислорода и воды в трибохимической эволюции структуры на поверхности. Эксперименты показали, что от сверхвысокого вакуума до нескольких тысяч Па сухого кислорода свойства сверхсмазочной жидкости пленок a-C: H не претерпевают значительного влияния (Donnet et al., 1998). Однако, когда давление кислорода превышает этот порог, коэффициент трения, очевидно, увеличивается вместе с ним (Kim et al., 2006). Некоторые исследователи полагали, что оксидный слой глубиной в несколько нанометров будет формироваться на поверхности пленок из-за воздействия кислорода, что было одним из факторов, объясняющих высокий коэффициент трения в процессе приработки (Al-Azizi et al. др., 2015). Согласно классическому моделированию молекулярной динамики, молекулы кислорода могут шаг за шагом вызывать разрушение углеродных цепочек и в конечном итоге превращать их в диоксид углерода (Moras et al., 2011). Между тем, образование связей C-O-C, соединяющих две контактные поверхности, также может вызывать адгезионный эффект и приводить к более высоким коэффициентам трения (Zeng et al., 2018).

По сравнению с кислородом, молекулы воды имеют более значительное влияние на сверхсмазку DLC-пленок, и соответствующие механизмы более сложны. Для безводородных DLC-пленок влажность обычно имеет положительное влияние, которое может снизить коэффициент трения с 0,7 до относительно низкого значения ниже 0.2 (Fontaine et al., 2008). Некоторые исследования даже показали, что расколотый алмаз (111) может проявлять сверхсмазку при относительной влажности 85% при скольжении перпендикулярно линиям скола (Liu et al., 2007). Однако воздействие молекул воды на богатые водородом DLC-пленки совершенно иное. Когда влажность повышается выше порогового значения, состояние сверхсмазки прерывается, и их коэффициент трения повышается выше 0,05, приближаясь к таковому у безводородных пленок DLC (Fontaine et al., 2008). Более подробные эксперименты показали, что порог давления воды составляет около 10 Па, что на два порядка ниже, чем у кислорода, как показано в Kim et al. (2006). Было предложено несколько гипотез для объяснения этого явления. Во-первых, в трибохимических взаимодействиях в зоне контакта участвуют молекулы воды. Расчеты показывают, что молекулы воды энергетически выгодны для химического поглощения углеродными цепями (Moras et al., 2011). Для безводородных DLC-пленок этот процесс может обеспечить водородные и гидроксильные окончания, которые могут пассивировать зону контакта.Однако для обогащенных водородом DLC-пленок кислородсодержащие группы будут вызывать взаимодействия водородных связей, что приводит к более высокой силе сцепления между скользящими поверхностями. Рассеяние энергии при физическом и химическом взаимодействии между молекулами воды и пленкой также может способствовать увеличению трения. Во-вторых, более высокая влажность также является препятствием для образования компактной, прочной углеродистой трансферной пленки на материале-аналоге (Donnet et al., 1998), что считается решающим фактором для DLC-пленок в создании неклейкой поверхности скольжения. и реализовать свою функцию самосмазки.В-третьих, физически поглощенный слой воды во влажной среде также является важным фактором. Эксперименты показали, что примерно 1,5 слоя молекул воды будут абсорбированы на поверхности aC: H, когда давление воды будет около 700 Па (Шукла и др., 2003), а сила сцепления и сила трения пленок aC: H значительно увеличатся. когда толщина поглощенной воды превышала 1 монослой (Tagawa et al., 2004). Считается, что диполь-дипольные взаимодействия, эффект вязкого сопротивления и капиллярный эффект водного слоя, поглощенного пленкой, в конечном итоге приводят к более высокому коэффициенту трения.Как упоминалось выше, для борьбы с неблагоприятным воздействием молекул воды введение других элементов, таких как кремний (Chen et al., 2013), сера (Freyman et al., 2006) или титан (Zhao et al., 2016), эффективный подход. В этих случаях слои воды, абсорбированные на поверхностях, используются для создания легко режущейся поверхности скольжения. Как показано на рисунке 5, при скольжении в умеренно влажной среде атомы кремния участвовали в формировании мягкой кремнеземной трибопленки и обеспечивали гидроксилированные поверхности скольжения с концевыми группами Si-OH и направленно притягивали молекулы воды, чтобы расположиться на поверхности за счет водородной связи. (Чен и др., 2013). Моделирование молекулярной динамики показало, что слоистая структура воды была устойчивой в широком диапазоне нормальных нагрузок и была способна обеспечивать низкое напряжение сдвига за счет эффекта граничной смазки (Washizu et al., 2007).

Рисунок 5 . Коэффициент трения aC: H: Si при различной влажности (A) и его смазывающий механизм: (B) слоистое водопоглощение на гидроксилированных поверхностях при умеренной относительной влажности и (C) жидкое водопоглощение при высокой относительной влажности.Адаптировано с разрешения Chen et al. (2013) Copyright 2013, IOP Publishing Ltd.

Таким образом, физическое и химическое взаимодействие между молекулами газа и поверхностями играет важную роль в процессе самосмазывания DLC-пленок. Физические воздействия окружающей среды относительно умеренные, в основном за счет рассеяния энергии во время адсорбции и десорбции молекул газа, преобразования тепла в контактной зоне, эффекта упругого гидравлического давления газа в условиях высоких скоростей.Химическая реакция между окружающими молекулами и материалом поверхности играет наиболее важную роль в образовании трибослоев и пассивации оборванных связей, которая определяет свойства сверхсмазки DLC-пленок.

Влияние параметров тестирования

Понимание характеристик пленок DLC в различных рабочих условиях важно для инженерного применения этих самосмазывающихся материалов с потенциалом сверхсмазки. В этом разделе представлено влияние температуры, нормальной нагрузки и скорости скольжения, соответственно, и обсуждаются наиболее распространенные теории, объясняющие их влияние на сверхсмазку.

Температура

Одним из преимуществ твердых смазочных материалов является то, что они применимы как в криогенных, так и в высокотемпературных условиях, когда жидкая смазка не работает. Примером может служить DLC, способный обеспечить сверхнизкий коэффициент трения в широком диапазоне температур. Температура также является основным фактором, влияющим на физико-химические реакции, фазовые превращения и эволюцию трибопленки, что существенно влияет на поведение сверхсмазочной жидкости DLC-пленок.Пленки DLC демонстрируют превосходные трибологические свойства с уменьшающимся коэффициентом трения от криогенной температуры до комнатной температуры в сверхвысоком вакууме (Aggleton et al., 2009). Эта тенденция сохраняется в окружающем воздухе до достижения самого низкого коэффициента трения около 200–300 ° C, а затем трение увеличивается с повышением температуры (Lee and Wei, 2006; Zeng et al., 2015). Как правило, повышение температуры в умеренной степени способствует скорости трибохимической реакции, что способствует образованию трибопленки под действием трения и самосмазке алмазоподобных пленок.В частности, наблюдалась большая графитизация (Zeng et al., 2015) и скорость выделения водорода была улучшена, что способствовало более эффективному созданию легко поддающихся сдвигу, сильно пассивированных трибопленок. Между тем, подавленная адсорбция слоя газа или жидкости при более высокой температуре также может быть причиной более низкого трения. Тем не менее, свойство термостойкости DLC-пленок сталкивается с порогом. При повышении температуры спонтанное выделение водорода станет значительным в районе 400–450 ° C (Liu et al., 1996), явная термическая графитизация будет происходить при температуре около 500 ° C (Fink et al., 1983; Zeng et al., 2015), а термическое разложение связи CH начнется при температуре около 700 ° C (Su and Lin, 1998 ). Эти процессы приведут к сверхбыстрой потере водорода и более интенсивным π-π взаимодействиям, что приведет к более высоким коэффициентам трения. Ухудшение, вызванное окислением в окружающем воздухе, также становится доминирующим фактором, приводящим к более обширному разрыву связи и истиранию поверхности. Как упоминалось выше, легирование кремния или оксида кремния в DLC-пленки является эффективным методом повышения их термической стабильности (Mangolini et al., 2018). Исследования показывают, что коэффициент трения пленки a-C: Si ниже 0,02 при температуре от 250 до 450 ° C (Jantschner et al., 2014). Напротив, в криогенных условиях трибохимическое взаимодействие и эволюция самосмазывающейся трибопленки замедляются, а гибкость углеродной сетки будет ограничена, что приведет к более высокому коэффициенту трения. Следует отметить, что коэффициент трения DLC-пленок, а также других материалов может иметь пик около 100 K, что считается общим признаком, присущим различным материалам.Это явление регулируется процессом конкуренции между термически активированным образованием и разрывом атомного контакта (Barel et al., 2010).

Следует также учитывать повышение температуры, вызванное трением, или температуру вспышки в области контакта. В некоторых случаях повышение температуры может достигать более 200 ° C (Yamamoto et al., 2019). Теоретически повышение температуры зависит от энергии трения и теплопроводности трибопар и взаимосвязано с другими факторами, такими как приложенная нормальная нагрузка, диаметр контакта и скорость скольжения, которые можно оценить по следующей формуле (Rabinowicz , 2013):

где μ – коэффициент трения, F _n – нормальная нагрузка, v – скорость скольжения, a – радиус контактной площадки, J – константа, K ₁ и K ₂ – коэффициенты теплопроводности шара и диска соответственно.Более высокая энергия трения или скорость скольжения могут вызвать более значительное повышение температуры, в то время как большая площадь контакта будет сдерживать повышение температуры. Таким образом, другие параметры рабочих условий (например, нормальная нагрузка, скорость скольжения) могут влиять на фрикционные свойства посредством теплового эффекта.

Нормальная нагрузка

Нормальная нагрузка – важный фактор, влияющий на свойства сверхсмазки алмазоподобных пленок. Исследования показали, что пленки a-C: H обычно демонстрируют более низкие фрикционные свойства при более высоких нормальных нагрузках как на воздухе (Zhang et al., 2004; Liu Y. et al., 2019) и инертные газообразные среды, такие как аргон и азот (Kunze et al., 2014; Chen et al., 2017). Как показано на рисунке 6A, коэффициент трения пленок aC: H снизился с 0,008 до 0,001 при увеличении нормальной нагрузки с 2 Н до 10 Н. В вакууме более высокая нормальная нагрузка может значительно сократить срок службы пленок DLC (Kunze et al. , 2014). Механизм воздействия нормальной нагрузки многогранен.

Рис. 6. (A) Коэффициенты трения самосопряженных a-C: H при различных нормальных нагрузках. (B) BF-STEM изображение центра рубца на 5 N (B) и 10 N (C) . Фракция сцепления в центре рубца при 5 N (D) и 10 N (E) , рассчитанная на основе характеристик EELS. Адаптировано с разрешения Chen et al. (2017) Copyright 2017, авторы.

Теоретически коэффициент трения при сухом скольжении можно выразить как:

, где F _f – сила трения, F _n – нормальная нагрузка, A _r – реальная площадь контакта, а τ – напряжение сдвига (Fontaine et al., 2008). A _r можно приблизительно заменить на контактную площадку Герца, которая защищена как:

, где k – отношение реальной площади контакта к кажущейся площади контакта, A – площадь контакта в герцах, R и E – эффективный радиус и модуль упругости двух материалов поверхности соответственно. Тогда коэффициент трения μ можно выразить как:

Когда нормальная нагрузка увеличивается, с гипотезой о том, что поверхность DLC остается в высокой степени пассивированной (без изменения структуры), а сила сдвига τ обычно остается постоянной, корреляция между нормальной нагрузкой и коэффициентом трения является отрицательной, что считается одним из важный фактор для снижения трения при большой нагрузке (Xue and Wang, 2012).Однако, поскольку k увеличивается с F _n , отрицательное влияние F _n на μ, вызванное площадью контакта, должно быть слабее, чем Fn-13, что ниже, чем показанная тенденция. в экспериментах, что указывает на то, что на силу сдвига τ отрицательно влияет возрастающая нормальная нагрузка.

Как упоминалось выше, тепловой эффект, вызванный трением, может быть другой возможной причиной отрицательной корреляции между нормальной нагрузкой и коэффициентом трения.В том же случае более высокая нормальная нагрузка вызовет более высокую энергию трения, что может привести к более значительному повышению температуры. Однако, согласно теории контакта Герца, диаметр контакта также увеличивается с нормальной нагрузкой, что частично сдерживает повышение температуры из-за более эффективной теплопроводности. Если в формуле (1) заменить на на контактный радиус Герца и заменить μ на формулу (4), повышение температуры можно выразить как:

Принимая во внимание, что напряжение сдвига τ также отрицательно зависит от нормальной нагрузки для DLC-пленок, повышение температуры, вызванное более высокой нормальной нагрузкой, должно быть меньше.И следует отметить, что повышение температуры более очевидно в состоянии высокого трения или в период обкатки. Но для типичного состояния сверхсмазки рассеяние энергии трения очень низкое (например, не более 0,005 Вт в эксперименте на Рисунке 6), и предполагается, что повышение температуры будет очень небольшим, что недостаточно, чтобы индивидуально вызвать значительную структурное изменение пленок DLC. Структурная эволюция трибослоев, вызванная нормальной нагрузкой, должна быть ключевым фактором для достижения более высоких характеристик при большой нагрузке.

Эксперименты и моделирование показали, что во время скользящего контакта происходит структурная эволюция, вызванная трением, что может привести к снижению силы сдвига τ. Во время этого процесса нормальная нагрузка является ключевым фактором. Как показано на рисунке 6, чрезвычайно низкое трение 0,001 было достигнуто при максимальной нормальной нагрузке 10 Н. Изображения BF-STEM и результаты EELS показали, что в этом состоянии большой нагрузки происходят значительные фазовые превращения углеродных связей из sp ² к sp ³ , и локальное упорядочение появилось в самой внешней области 3 нм (Chen et al., 2017). Эти данные свидетельствуют о том, что более высокая нормальная нагрузка может способствовать процессу графитизации и выделения водорода в зоне контакта, что приводит к наноструктурированной поверхности скольжения с более низкими усилиями сдвига. Как показано на рисунке 7, моделирование с использованием пленок переменного тока демонстрирует аналогичную тенденцию: более высокая нормальная нагрузка может вызвать более значительную регибридизацию, переориентацию и структурное упорядочение связей в пределах полосы локализованного сдвига, а состояние трения изменяется от прерывистого скольжения до непрерывного скольжения с ультра -низкое трение (Ma et al., 2015).

Рисунок 7 . Локализация сдвига и фазовые превращения пленок a-C при различных контактных давлениях. (A, C) Снимки системы на 80 и 4 ГПа. (B, D) Профили глубины усредненного угла ориентации ковалентной связи C-C и sp ^{2 фракция} . Адаптировано с разрешения Ma et al. (2015) Copyright 2015, авторы.

Когда DLC-пленки соединяются с другими материалами, создание прочной углеродсодержащей переводной пленки на материале-аналоге является фундаментальным фактором сверхсмазки DLC-пленки, и на этот процесс также влияет приложенная нормальная нагрузка, особенно в тех случаях, когда прочность связи между материалом-аналогом и углеродом относительно низкая (Xue and Wang, 2012).Как показано на Рисунке 8, когда шар из Al ₂ O ₃ скользил по пленкам aC: H в вакууме при нормальной нагрузке 1 Н, легко достигался стабильный сверхнизкий коэффициент трения 0,002 и формировались непрерывные углеродсодержащие переходные слои. на шаре. Однако, когда приложенная нагрузка увеличилась до 3 Н, продолжительность сверхсмазки стала короче и закончилась состоянием высокого трения без переходной пленки на поверхности шара. Тем не менее, когда эти эксперименты проводились на воздухе, коэффициент трения в устойчивом состоянии снизился с 0.От 15 до 0,06 при нормальной нагрузке, изменяющейся от 1 до 5 Н, и на рубце мяча была образована все более уплотненная трансферная пленка (Liu Y. et al., 2019).

Рис. 8. (A) Коэффициент трения между a-C: H и Al ₂ O ₃ в воздухе и вакууме с различными нормальными нагрузками. (B) Рубцы износа поверхностей шариков после трибоиспытаний и их характеристики комбинационного рассеяния света. Адаптировано с разрешения Liu Y. et al. (2019) Авторские права 2019, авторы.

Скорость скольжения

Эксперименты показали, что скорость скольжения также оказывает сильное влияние на сверхсмазку DLC-пленок. Как правило, в окружающем воздухе или водяном паре более высокая скорость скольжения вызывает уменьшение коэффициента трения (Kim et al., 2006; Xue and Wang, 2012). В инертных газах окружающей среды, таких как N ₂ , наблюдались аналогичные тенденции (Heimberg et al., 2001). Чтобы объяснить это явление, было выдвинуто несколько теорий. Термический эффект, вызванный трением, поглощение газа и образование переносящих пленок, считаются механизмами, влияющими на эту тенденцию.

Как упоминалось выше, более высокая скорость скольжения вызовет более интенсивный рост температуры из-за более высокой энергии трения, что может способствовать самосмазывающим свойствам пленок DLC. Как показано в формуле (5), по сравнению с нормальной нагрузкой скорость скольжения имеет более значительное влияние на повышение температуры. Тем не менее, в большинстве экспериментов тепловой эффект все еще недостаточно высок, чтобы вызвать резкие структурные изменения трибопленки, поскольку расчеты показывают, что для состояния приработки с высоким коэффициентом трения (μ = 0.22, F _n = 1 N, v = 700 мм / с), повышение температуры Δ T составляет всего 55,3 ° C (Liu et al., 2018), не говоря уже о низкоэнергетической диссипация устойчивого состояния сверхсмазки с коэффициентами трения менее 0,01.

Наиболее важным фактором, влияющим на зависимость сверхмазочного a-C: H от скорости, является поглощение газа. В газовой среде на поверхности трибопар существует химический или физический абсорбированный слой, который удаляется при каждом скользящем контакте, вызывая рассеяние энергии и возникновение трения.Согласно экспериментам в сочетании с моделью, основанной на кинетике поглощения газа (Бородич и др., 2007), более высокая скорость скольжения сократит временной интервал между двумя слайдами одной области, сократив время воздействия на поглощение газа и уменьшив энергию стоимость их удаления. Степень влияния скорости скольжения тесно связана с характеристиками и плотностью окружающих газов. Например, в окружающем воздухе (RH = 40%) при увеличении скорости скольжения с 262 до 2093 мм / с коэффициент трения постепенно снижался с 0.16 до 0,07. Напротив, их коэффициенты трения в азоте (RH = 5%) оставались постоянными около 0,02 для тех же условий из-за относительно инертной окружающей среды (Xue and Wang, 2012). Эксперименты при различных давлениях водяного пара показали, что коэффициент трения падает быстрее с увеличением скорости при относительно низком давлении (Kim et al., 2006). Испытание на трение с различными расстояниями возвратно-поступательного скольжения при одинаковой скорости показало, что зависимость сверхсмазки DLC от времени выдержки в азоте или диоксиде углерода была значительно выше, чем в аргоне.Причем с увеличением времени выдержки их коэффициент трения сначала уменьшался, а затем увеличивался. Исследователи предположили, что существует оптимизированное время воздействия для азота или углекислого газа, направленного поглощения с помощью π-связей и оставления одинокой пары электронов, направленной наружу, что могло бы уменьшить трение из-за эффекта силы отталкивания, вызывая минимальный коэффициент трения (Ji et al., 2009) .

Как упоминалось выше, когда плоскости с покрытием a-C: H скользят по другим материалам, создание плотного и непрерывного углеродсодержащего переходного слоя на стороне шара является важным фактором для получения сверхмягкости.Точно так же исследования показали, что когда шар из Al ₂ O ₃ скользит по a-C: H в вакууме, может быть достигнуто состояние сверхсмазки с коэффициентом трения 0,003, как показано на рисунке 9A. Однако колебания силы трения увеличивались с увеличением скорости скольжения с 30 до 700 мм / с, а доля состояния сверхсмазки уменьшалась с 78,1 до 3,1%. Согласно SEM и рамановским характеристикам контактной области, как показано на рисунках 9B, C, нарушение сверхсмазки всегда сопровождается потерей переносящих пленок.Авторы полагают, что для этого условия чрезмерная скорость скольжения приведет к недостаточному трибохимическому взаимодействию, а также к усилению ударов и вибрации поверхностей трения, что затруднит создание трансферных слоев и их плотное прикрепление к месту шара, что приведет к выходу из строя сверхсмазывающая способность (Liu et al., 2018).

Рисунок 9 . Зависимость переходных слоев от скорости в вакууме. (A) Кривые коэффициента трения для a-C: H относительно Al ₂ O ₃ шар в вакууме при различных скоростях скольжения. (B) SEM-изображения и (C) Рамановские спектры слоев переноса, сгенерированных при различных скоростях скольжения. Адаптировано с разрешения Liu et al. (2018) Авторские права 2018, Elsevier B.V.

Обсуждение и заключение

Факторы влияния и механизмы сверхсмазки, достигаемые с помощью пленок a-C: H, многогранны и взаимосвязаны. На сегодняшний день существуют разнообразные теории, сфокусированные на механических свойствах (Erdemir, 2004; Fontaine et al., 2004), создании трансферной пленки (Chen et al., 2017; Лю и др., 2018; Liu Y. et al., 2019), пассивация поверхности (Erdemir and Eryilmaz, 2014) и графитизация (Ma et al., 2015) были привлечены для объяснения механизма твердой сверхсмазки, достигаемой с помощью DLC-пленок, и кажется, что эти факторы не работают независимо. В конечном итоге состояние сверхсмазки возникает из-за создания скользящей поверхности с низким рассеянием энергии, а это означает, что основные пути взаимодействия между скользящими поверхностями каким-то образом достаточно экранированы.Обычно считается, что происхождение силы трения между твердыми поверхностями может быть качественно приписано трем фундаментальным явлениям: истиранию, сдвигу и адгезии (Fontaine et al., 2008), как показано на рисунке 10. Истирание – это эффект вспашки или царапания. вызванные микронеровностями или твердым мусором, застрявшим между скользящими поверхностями. Сдвиг – это потребление энергии из-за пластического или вязкого течения материала между парами трения. Адгезия – это сопротивление разрыву микропереходов, соединяющих две поверхности скольжения, в основном возникающее из-за силы сцепления, электростатической силы, капиллярной силы и сил поляризации.Реализация суперсмазки требует одновременного ограничения всех этих факторов трения на очень низком уровне. Пленки DLC обладают большим потенциалом для решения этой задачи благодаря своим многочисленным уникальным свойствам. Здесь мы можем использовать сверхсмазочную пленку a-C: H, богатую водородом, в качестве примера для обсуждения.

Рисунок 10 . Истоки трения для пленок DLC и механизмы их устранения.

С механической точки зрения пленки DLC обладают особыми преимуществами в предотвращении истирания.По сравнению с другими самосмазывающимися мягкими покрытиями, пленки DLC имеют более высокую твердость. Например, твердость 13,4 ГПа для обогащенной водородом пленки aC: H (Chen et al., 2017) выше, чем у обычной подшипниковой стали или инструментальной стали, которая обычно составляет около 10 ГПа (Fontaine et al., 2008). ). Между тем, шероховатость поверхности DLC-пленки обычно соответствует их подложке, что означает, что ее можно контролировать на очень низком уровне, даже на атомарно гладком. Например, шероховатость поверхности пленки a-C: H, нанесенной на кремниевую пластину, составляла 0.10 нм (Chen et al., 2017). Высокая твердость и сверхгладкая поверхность DLC-пленок в большинстве случаев могут снизить вероятность истирания. Более того, из-за непористой структуры обогащенные водородом DLC-пленки также обладают необычными вязкоупругими свойствами (Fontaine et al., 2004). Как следует из медленного восстановления вмятин, наблюдаемого в экспериментах по наноиндентированию, пленки a-C: H могут обладать некоторыми «заживляющими» свойствами против царапин (Fontaine et al., 2008). Эти свойства DLC-пленок могут минимизировать абразивный эффект во время скольжения, открывая путь для создания стабилизированных скользящих поверхностей с низким рассеянием энергии.

Когда пленка a-C: H достигает стабильного состояния сверхсмазки, сдвиговое поведение обычно происходит внутри трибопленки или трансферной пленки , сформированной in-situ с другими механическими свойствами, а не в матрице пленки (Fontaine et al., 2008). Как показано на Рисунке 11, после трения о голый шарик SUJ2 и шарик из Si ₃ N ₄ на шариках образовались трибослои толщиной 27 и 5 нм соответственно. Создание этих непрерывных, стабильно прикрепленных углеродистых трибопленок вместе с легко режущейся наноструктурой будет ключевым фактором сверхсмазочной способности пленок DLC (Liu et al., 2018; Лю Ю. и др., 2019). Внутри трибопленок можно наблюдать высокую долю регибридизованной углеродной фазы sp ² , и очевидная переориентация будет происходить при высоких нормальных нагрузках, образуя слоистую структуру (Chen and Li, 2020). Моделирование показывает, что значительное снижение трения во время процесса приработки также сопровождается локализацией сдвига, ограничивая возникновение скольжения в тонкой области (Ma et al., 2015). Между тем, около поверхности скольжения сформированные углеродные кольца с более высокой долей sp ² вращаются параллельно направлению скольжения, образуя поверхность раздела с низкой долей связей sp ³ , расположенных вне плоскости (Pastewka et al., 2010). Формирование легко режущейся поверхности скольжения sp ² -C (или называемой графитизацией) и локально упорядоченных наноструктур, а также локализация области сдвига могут быть ключевыми факторами для поддержания сопротивления сдвигу на очень низком уровне. , способствующий устойчивому сверхсмазочному состоянию трения.

Рис. 11. (A – D) Характеристика трибослоя, образующегося на поверхности шара для пары трения голого шара SUJ2 и пленок a-C: H. (A) Изображение BF-STEM, показывающее трибослой ~ 27 нм, сформированный на шаре SUJ2. (B) Отображаемые в ложном цвете изображения BF-STEM трех отдельных подслоев, отмеченных позицией (A). (C) Эволюция элементного состава через трибослой, отмеченный цифрой (A). (D) Эволюция рассчитанных долей C-связей EELS через трибослой, как отмечено в (A). (E – H) Характеристика трибослоя, образующегося на поверхности шара, для пары трения из чистого Si ₃ N ₄ шара и пленки a-C: H. (E) Изображение BF-STEM, показывающее трибослой ~ 5 нм, сформированный на шарике Si ₃ N ₄ . (F) Отображаемые в ложном цвете изображения BF-STEM для (E). (G) Эволюция элементного состава в трибослое, отмеченная цифрой (E). (H) Эволюция рассчитанных долей C-связей EELS через трибослой, как отмечено в (E) . Адаптировано с разрешения Chen et al. (2017) Copyright 2017, авторы.

Трибологические испытания с DLC-пленками в микромасштабе показали, что кривая трения в зависимости от нормальной нагрузки не проходит через начало координат, что указывает на то, что адгезию нельзя игнорировать (Shi et al., 2020). Для хорошо зарекомендовавшей себя поверхности скольжения на основе углерода явление адгезии, вызванное установлением и разрушением микропереходов на поверхностях скольжения, должно быть основным фактором силы трения (Fontaine et al., 2008). Во-первых, оборванные σ-связи, образующиеся во время механических и трибохимических взаимодействий, могут образовывать прочные ковалентные связи, перекрывающие скользящие поверхности, вызывая высокое адгезионное трение и износ (Schall et al., 2010). Это является причиной высокого трения DLC-пленок без водорода в сухой инертной среде или вакууме и предотвращения трения через газообразную среду водорода или водород, содержащийся в пленке.Водородные частицы могут вовремя реагировать и пассивировать оборванные связи, образующиеся на поверхности скольжения, и, следовательно, устранять высокое трение, вызванное сшиванием межфазных мостиков (Робертсон, 2002). Самоограниченная структура с углеродными кольцами может быть создана во время процесса приработки, что приводит к непрерывной пассивированной границе раздела с меньшим количеством обнаженных оборванных связей (Pastewka et al., 2010). Во-вторых, взаимодействие между расположенными вне плоскости π-орбиталями sp ² связанных атомов углерода или π-π взаимодействие является еще одним фактором, влияющим на силу трения DLC-пленок.Точно так же это взаимодействие также может быть экранировано водородом, поскольку они реагируют с двойными углеродными связями. Поглощение молекул N ₂ и CO ₂ также может сдерживать это явление. В-третьих, для обогащенных водородом пленок a-C: H, испытанных во влажной среде, водородная связь и капиллярная сила (в основном в микротрибологических экспериментах), вызванная поглощенным слоем воды, также вносят вклад в силу трения. Сухая инертная газовая среда может предотвратить это явление, таким образом, может быть достигнута сверхсмазочная способность пленок a-C: H.Тем не менее, для безводородного алмазоподобного углерода вода может также действовать как пассиватор, предотвращая сильные π-π-взаимодействия и оборванные σ-связи, что приводит к относительно низкому трению, но с трудом обеспечивает сверхсмазку. В-четвертых, сила Ван-дер-Ваальса является самой слабой формой адгезии и доминирующим фактором для состояния сверхсмазки, достигаемого с пассивированными поверхностями DLC, скользящими в сухой и инертной среде. Отталкивающая кулоновская сила между двумя положительно заряженными границами раздела C-H может также объяснять сверхнизкое трение DLC-пленок.

Подводя итог, можно сказать, что сверхсмазывающая способность пленок aC: H, достигаемая в сухой среде исснерта, в основном обусловлена ​​тремя уникальными характеристиками пленки: механическими свойствами, такими как высокая твердость и вязкопластические свойства и чрезвычайно низкая шероховатость, способностью образовывать легко срезаемую трибопленку или пленку для переноса через Фазовое превращение, вызванное трением, и переориентация связей, способность пассивировать скользящую поверхность за счет автономного водорода. Все эти факторы работают вместе, чтобы исключить эффекты истирания, сдвига и адгезии до чрезвычайно низких уровней одновременно, что приводит к состоянию сверхсмазки.Основываясь на этом понимании, вовлечение в пленку других элементов является эффективным подходом к оптимизации их трибологических свойств, поскольку они могут изменить процесс эволюции трибопленок и состояние поверхности скольжения. Что касается газообразных молекул окружающей среды, помимо химического участия в образовании переносящей пленки и пассивации поверхности скольжения, они также физически влияют на силу трения через теплопроводность и рассеяние энергии во время десорбции. Хотя механизмы влияния температуры, нормальной нагрузки и скорости скольжения многогранны, при условии, что они не пересекают порог механической или теплоемкости пленки, их тенденции влияния в основном зависят от того, способствуют ли они процессу эволюции или ухудшают его. прочных, легко режущихся трибопленок и пассивации поверхностей скольжения.

С момента открытия DLC-пленок их применение в качестве самосмазывающихся и защитных покрытий в машиностроении постоянно расширяется. Например, их применение в зубчатых передачах (Michalczewski et al., 2019), подшипниках (Okamura et al., 2019), поршневых кольцах двигателей (Kumar et al., 2019), насосно-компрессорных трубах (Liu L. et al., 2019), резиновые уплотнения (Liu JQ et al., 2019) и пары трения в космических аппаратах (Donnet et al., 1999) были признаны эффективными и ценными. Сверхсмазывающая способность, достигаемая с помощью DLC-покрытий, может обеспечить новую концепцию удовлетворения растущего спроса на более низкое энергопотребление, более длительный срок службы и более высокую удельную мощность будущих механических систем, что имеет огромное потенциальное значение как с экономической, так и с экологической точки зрения.Тем не менее, это все еще проблема для инженерных приложений сверхсмазочных пленок DLC. Следует сосредоточить больше усилий на предотвращении их экологической уязвимости во влажных условиях и продлении их срока службы в вакууме. Кроме того, их характеристики все еще нуждаются в оптимизации в суровых рабочих условиях, таких как чрезвычайно высокая или низкая температура, чрезвычайно высокое давление и скорость, а также загрязненная среда. Дальнейшие исследования их поведения и механизма сверхсмазки могут позволить более эффективно манипулировать DLC-покрытиями с превосходными самосмазывающими свойствами.

Авторские взносы

JL, CZ и XC дали рекомендации по структуре и содержанию этого обзора. QY завершил этот обзор. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

Эта работа финансировалась Национальным фондом естественных наук Китая (гранты №№ 51975314, 51925506 и 51527901).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Адачи, К., Като, К. (2008). «Трибология покрытий из нитрида углерода» в Трибология алмазоподобных углеродных пленок: основы и приложения , ред. К. Доннет и А. Эрдемир (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer), 339–361.

Aggleton, M., Burton, J.C. и Taborek, P. (2009). Криогенная вакуумная трибология алмазных и алмазоподобных углеродных пленок. J. Appl. Phys. 106: 013504. DOI: 10.1063 / 1.3158339

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Айзенберг, С.и Р. Шабо (1971). Ионно-лучевое напыление тонких пленок алмазоподобного углерода. J. Appl. Phys . 42, 2953–2958. DOI: 10.1063 / 1.1660654

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Аль-Азизи, А.А., Эрилмаз, О., Эрдемир, А., и Ким, С.Х. (2015). Структура поверхности гидрогенизированного алмазоподобного углерода: причина приработки до сверхсмазочного межфазного сдвига. Langmuir 31, 1711–1721. DOI: 10.1021 / la504612c

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Андерссон, Дж., Эрк, Р. А., и Эрдемир, А. (2003). Фрикционное поведение алмазоподобных углеродных пленок в вакууме и при изменении давления водяного пара. Поверхностное покрытие. Technol. 163–164, 535–540. DOI: 10.1016 / S0257-8972 (02) 00617-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Барел И., Урбах М., Янсен Л. и Ширмайзен А. (2010). Многосвязная динамика наноразмерного трения: роль температуры. Phys. Rev. Lett. 104: 066104. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.104.066104

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бородич, Ф.М., Корах, С. С., Кир, Л. М. (2007). Моделирование трибохимических аспектов трения и постепенного износа алмазоподобных углеродных пленок. J. Appl. Мех. 74, 23–30. DOI: 10.1115 / 1.2172267

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Казираги К., Феррари А. К. и Робертсон Дж. (2005). Рамановская спектроскопия гидрированных аморфных углеродов. Phys. Ред. B 72: 85401. DOI: 10.1103 / PhysRevB.72.085401

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, X., и Като, Т. (2014). Механизм роста и состав сверхгладких пленок a-C: H: Si, выращенных из энергичных ионов для получения сверхсмазки. J. Appl. Phys. 115, 2143–2201. DOI: 10.1063 / 1.4863123

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, X., Като, Т., Кавагути, М., Носака, М., и Чой, Дж. (2013). Структурная и экологическая зависимость сверхнизкого трения в пленках a-C: H: Si, осажденных из паровой фазы, для применения в твердой смазке. J. Phys. D 46: 255304.DOI: 10.1088 / 0022-3727 / 46/25/255304

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, X., Като, Т., и Носака, М. (2014). Происхождение сверхсмазки в пленках a-C: H: Si: связь со структурой связывания пленки и молекулярными характеристиками окружающей среды. ACS Appl. Матер. Интер. 6, 13389–13405. DOI: 10.1021 / am502416w

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, X., Zhang, C., Kato, T., Yang, X., Wu, S., Wang, R., et al. (2017).Эволюция трибоиндуцированных межфазных наноструктур, определяющих сверхсмазку в пленках a-C: H и a-C: H: Si. Nat. Commun. 8: 1675. DOI: 10.1038 / s41467-017-01717-8

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Даг, С., и Чирачи, С. (2004). Исследование сверхмалого трения между поверхностями гидрогенизированного алмаза на атомном уровне. Phys. Ред. B 70: 241401. DOI: 10.1103 / PhysRevB.70.241401

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Де Баррос Буше, М.И., Матта, К., Ле-Могн, Т., Мартин, Дж. М., Сагава, Т., Окуда, С. и др. (2007). Улучшенная смешанная и граничная смазка благодаря глицерин-алмазной технологии. Трибол. Матер. Прибой. Интерфейсы 1, 28–32. DOI: 10.1179 / 175158407×181507

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Donnet, C., Belin, M., Augé, J. C., Martin, J.M., Grill, A., and Patel, V. (1994). Трибохимия алмазоподобных углеродных покрытий в различных средах. Surf. Пальто. Technol. 68–69, 626–631.DOI: 10.1016 / 0257-8972 (94)

-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Donnet, C., Fontaine, J., Le Mogne, T., Belin, M., Héau, C., Terrat, J.P., et al. (1999). Алмазоподобные функционально-градиентные покрытия на углеродной основе для космической трибологии. Surf. Пальто. Technol. 120–121, 548–554. DOI: 10.1016 / S0257-8972 (99) 00432-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Доннет К. и Грилл А. (1997). Контроль трения алмазоподобных углеродных покрытий. Surf. Пальто. Technol. 94–95, 456–462. DOI: 10.1016 / S0257-8972 (97) 00275-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Donnet, C., Mogne, T. L., Ponsonnet, L., Belin, M., Grill, A., Patel, V., et al. (1998). Соответствующая роль кислорода и водяного пара в трибологии гидрогенизированных алмазоподобных углеродных покрытий. Трибол. Lett. 4, 259–265. DOI: 10.1023 / A: 101

13257

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Энке, К. (1981).Некоторые новые результаты по изготовлению и механическим, электрическим и оптическим свойствам слоев i-углерода. Тонкие твердые пленки 80, 227–234. DOI: 10.1016 / 0040-6090 (81)

-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эрдемир А. (2001). Роль водорода в трибологических свойствах алмазоподобных углеродных пленок. Surf. Пальто. Technol. 146–147, 292–297. DOI: 10.1016 / S0257-8972 (01) 01417-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эрдемир, А.(2004). Генезис сверхнизкого трения и износа в алмазоподобных углеродных пленках. Трибол. Int. 37, 1005–1012. DOI: 10.1016 / j.triboint.2004.07.018

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эрдемир А., Эрыилмаз О. (2014). Достижение сверхсмазки в DLC-пленках за счет контроля объема, поверхности и трибохимии. Трение 2, 140–155. DOI: 10.1007 / s40544-014-0055-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эрдемир А., Эрыилмаз О.Л. (2007). «Сверхсмазка в алмазоподобных углеродных пленках» в Superlubricity , ред. А. Эрдемир и Дж. Мартин (Амстердам: Elsevier Science B.V.), 253–271.

Google Scholar

Erdemir, A., Eryilmaz, O. L., and Fenske, G. (2000c). Синтез алмазоподобных углеродных пленок со сверхнизкими характеристиками трения и износостойкости. J. Vacuum Sci. Technol. A 18, 1987–1992 гг. DOI: 10.1116 / 1.582459

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эрдемир, А., Эриилмаз, О. Л., Нилуфер, И. Б., и Фенске, Г. Р. (2000a). Влияние химического состава исходного газа на трибологические характеристики алмазоподобных углеродных пленок. Диаметр. Relat. Матер. 9, 632–637. DOI: 10.1016 / S0925-9635 (99) 00361-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эрдемир А., Эриилмаз О. Л., Нилуфер И. Б. и Фенске Г. Р. (2000b). Синтез углеродных пленок сверхнизкого трения из высокогидрированной метановой плазмы. Surf. Пальто. Technol. 133–134, 448–454.DOI: 10.1016 / S0257-8972 (00) 00968-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Erdemir, A., Switala, M., Wei, R., and Wilbur, P. (1991). Трибологическое исследование графит-алмазоподобного поведения ионных пучков пленок аморфного углерода, нанесенных на керамические подложки. Surf. Пальто. Technol. 50, 17–23. DOI: 10.1016 / 0257-8972 (91) -2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эрылмаз, О. Л., и Эрдемир, А. (2008). О механизме (ах) водородной смазки DLC-пленок: исследование TOF-SIMS с визуализацией. Surf. Пальто. Tech. 203, 750–755. DOI: 10.1016 / j.surfcoat.2008.06.156

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Финк, Дж., Мюллер-Хайнцерлинг, Т., Пфлюгер, Дж., Бубензер, А., Койдл, П., и Креселиус, Г. (1983). Структура и связь углеродных пленок, генерируемых углеводородной плазмой: исследование потерь энергии электронов. Solid State Commun . 47, 687–691. DOI: 10.1016 / 0038-1098 (83)-X

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фонтейн, Дж., Доннет, К., и Эрдемир, А. (2008). «Основы трибологии DLC-покрытий» в Трибология алмазоподобных углеродных пленок: основы и приложения (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer), 139–154.

Google Scholar

Fontaine, J., Donnet, C., Grill, A., and LeMogne, T. (2001). Трибохимия водорода и алмазоподобных углеродных пленок. Surf. Пальто Technol. 146–147, 286–291. DOI: 10.1016 / S0257-8972 (01) 01398-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фонтейн, Дж., Ле Могн, Т., Лубе, Дж. Л., и Белин, М. (2005). Достижение сверхнизкого трения с гидрогенизированным аморфным углеродом: некоторые ключевые требования. Тонкие твердые пленки 482, 99–108. DOI: 10.1016 / j.tsf.2004.11.126

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Fontaine, J., Loubet, J. L., Mogne, T. L., and Grill, A. (2004). Сверхнизкое трение алмазоподобных углеродных пленок: связь с вязкопластическими свойствами. Трибол. Lett. 17, 709–714. DOI: 10.1007 / s11249-004-8077-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фрейман, К.А., Чен, Ю., Чанг, Ю. (2006). Синтез углеродных пленок со сверхнизким трением в сухом и влажном воздухе. Surf. Пальто. Technol. 201, 164–167. DOI: 10.1016 / j.surfcoat.2005.11.075

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гао, Г. Т., Микульски, П. Т., Шатонеф, Г. М., и Харрисон, Дж. А. (2003). Влияние структуры пленки и поверхностного водорода на свойства пленок аморфного углерода. J. Phys. Chem. B 107, 11082–11090. DOI: 10.1021 / jp034544 +

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гонг, З., Ши, Дж., Чжан, Б., и Чжан, Дж. (2017). Графеновые нанопрокрутки реагируют на сверхмалое трение аморфного углерода. Углерод 116, 310–317. DOI: 10.1016 / j.carbon.2017.01.106

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гото М. и Хонда Ф. (2004). Влияние толщины пленки смазочного слоя Ag в нанообласти. Износ 256, 1062–1071. DOI: 10.1016 / s0043-1648 (03) 00530-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Heimberg, J.A., Валь, К. Дж., Сингер, И. Л., и Эрдемир, А. (2001). Сверхнизкое трение алмазоподобных углеродных покрытий: влияние времени и скорости. Заявл. Phys. Lett. 78, 2449–2451. DOI: 10.1063 / 1.1366649

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хирано, М., Синдзё, К., Канеко, Р., и Мурата, Ю. (1997). Наблюдение сверхмягкости с помощью сканирующей туннельной микроскопии. Phys. Rev. Lett. 78, 1448–1451. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.78.1448

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хольмберг, К., и Эрдемир, А. (2017). Влияние трибологии на глобальное потребление энергии, затраты и выбросы. Трение 5, 263–284. DOI: 10.1007 / s40544-017-0183-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янчнер, О., Филд, С. К., Музыка, Д., Терзийска, В. Л., Шнайдер, Дж. М., Мунник, Ф. и др. (2014). Напыленные Si-содержащие углеродные покрытия с низким коэффициентом трения для повышенных температур. Трибол. Int. 77, 15–23. DOI: 10.1016 / j.triboint.2014.04.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзи, Л., Ли, Х., Чжао, Ф., Цюань, В., Чен, Дж., И Чжоу, Х. (2009). Влияние молекулярных характеристик окружающей среды и взаимодействия газа с поверхностью на фрикционные свойства алмазоподобных углеродных пленок. J. Phys. D 42: 135301. DOI: 10.1088 / 0022-3727 / 42/13/135301

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзян Дж., Хао Дж., Ван П. и Лю В. (2010). Сверхнизкое трение гидрогенизированной аморфной углеродной пленки, содопированной титаном и кремнием в окружающем воздухе. J. Appl. Phys. 108: 033510. DOI: 10.1063 / 1.3462469

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кано, М. (2006). Сверхнизкое трение DLC, нанесенного на толкатель кулачка двигателя, смазанный эфиросодержащим маслом. Трибол. Int. 39, 1682–1685. DOI: 10.1016 / j.triboint.2006.02.068

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Като К., Умехара Н. и Адачи К. (2003). Трение, износ и N2-смазка покрытий из нитрида углерода: обзор. Износ 254, 1062–1069.DOI: 10.1016 / S0043-1648 (03) 00334-X

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Като Т., Мацуока Х., Кавагути М. и Носака М. (2018). Возможность упруго-гидростатического подшипника с выделенным газом как один из механизмов сверхсмазки. Proc. Instit. Мех. Англ. Часть J 233, 532–540. DOI: 10.1177 / 1350650117746025

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, Х. И., Линс, Дж. Р., Эриилмаз, О. Л., и Эрдемир, А. (2006). Влияние окружающей среды на трение гидрогенизированных пленок DLC. Трибол. Lett. 21, 51–56. DOI: 10.1007 / s11249-005-9008-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кумар Н., Шарма Н., Даш С., Попов К., Кулиш В., Райтмайер Дж. П. и др. (2011). Трибологические свойства ультрананокристаллических алмазных пленок в различных испытательных средах. Трибол. Int. 44, 2042–2049. DOI: 10.1016 / j.triboint.2011.09.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кумар В., Синха С. К. и Агарвал А.К. (2019). Оценка износа поршневых колец двигателя с двухслойным твердым и мягким покрытиями. J. Tribol. 141: 031301. DOI: 10.1115 / 1.4041762

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kunze, T., Posselt, M., Gemming, S., Seifert, G., Konicek, A.R., Carpick, R.W., et al. (2014). Износ, пластичность и регибридизация в тетраэдрическом аморфном углероде. Трибол. Lett. 53, 119–126. DOI: 10.1007 / s11249-013-0250-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кувахара, Т., Ромеро, П. А., Маковски, С., Вейнахт, В., Морас, Г., и Мозелер, М. (2019). Механо-химическое разложение органических модификаторов трения с множеством реактивных центров вызывает сверхсмазку ta-C. Nat. Commun. 10: 151. DOI: 10.1038 / s41467-018-08042-8

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, К. Ю., и Вэй, Р. (2006). Трибологические характеристики оксида алюминия с покрытием DLC при высоких температурах. J. Tribol. 128, 711–717. DOI: 10.1115 / 1,2345395

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю Э., Дин Ю. Ф., Ли Л., Бланпейн Б. и Селис Дж. П. (2007). Влияние влажности на трение алмазных и алмазоподобных углеродных материалов. Трибол. Int. 40, 216–219. DOI: 10.1016 / j.triboint.2005.09.012

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю, Дж. К., Ву, З. Ю., Цао, Х. Т., Вэнь, Ф., и Пей, Ю. Т. (2019). Влияние напряжения смещения на трибологические и герметизирующие свойства резиновых уплотнений, модифицированных DLC-пленками. Surf. Пальто. Technol. 360, 391–399. DOI: 10.1016 / j.surfcoat.2018.12.100

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Liu, L., Wu, Z., Cui, S., An, X., Ma, Z., Shao, T., et al. (2019). Абразивное и эрозионное поведение насосно-компрессорных труб для нефтяных скважин с DLC-покрытием в тяжелой нефти / песке. Surf. Пальто. Technol. 357, 379–383. DOI: 10.1016 / j.surfcoat.2018.09.081

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю, X., Ян, Дж., Хао, Дж., Чжэн, Дж., Гонг, Q., и Лю, W. (2012). Практически не имеющая трения и чрезвычайно эластичная гидрогенизированная аморфная углеродная пленка с самоорганизующейся двойной наноструктурой. Adv. Матер. 24, 4614–4617. DOI: 10.1002 / adma.201200085

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю Ю., Чен Л., Чжан Б., Цао З., Ши П., Пэн Ю. и др. (2019). Ключевая роль переходного слоя в зависимости трения от нагрузки на гидрогенизированные алмазоподобные углеродные пленки во влажном воздухе и вакууме. Материалы 12: 1550.DOI: 10.3390 / ma120

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю Ю., Эрдемир А. и Мелетис Э. И. (1996). Исследование взаимосвязи между графитизацией и фрикционным поведением DLC-покрытий. Surf. Пальто. Tech. 86–87, 564–568. DOI: 10.1016 / s0257-8972 (96) 03057-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю, Ю., Ю, Б., Цао, З., Ши, П., Чжоу, Н., Чжан, Б. и др. (2018). Исследование устойчивости гидрогенизированной алмазоподобной углеродной пленки к сверхсмазочной массе путем изменения скорости скольжения. Заявл. Прибой. Sci. 439, 976–982. DOI: 10.1016 / j.apsusc.2018.01.048

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Mangolini, F., Krick, B.A., Jacobs, T. D. B., Khanal, S. R., Streller, F., McClimon, J. B., et al. (2018). Влияние примесей кремния и кислорода на стабильность гидрогенизированного аморфного углерода в суровых условиях окружающей среды. Углерод 130, 127–136. DOI: 10.1016 / j.carbon.2017.12.096

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мартин, Дж.М., Доннет К., Могне Т. Л. и Эпицер Т. (1993). Сверхсмазывающая способность дисульфида молибдена. Phys. Ред. B Cond. Matter 48, 10583–10586. DOI: 10.1103 / PhysRevB.48.10583

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Michalczewski, R., Kalbarczyk, M., Mankowska-Snopczynska, A., Osuch-Słomka, E., Piekoszewski, W., Snarski-Adamski, A., et al. (2019). Влияние трансмиссионного масла на истирание, задиры и точечную коррозию стали 18CrNiMo7-6 с DLC-покрытием. Покрытия 9: 2.DOI: 10.3390 / покрытия02

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Миура К., Цуда Д. и Сасаки Н. (2005). Сверхсмазывающая способность пленок интеркалированного графита C60. E J. Surf. Sci. Nanotechnol. 3, 21–23. DOI: 10.1380 / ejssnt.2005.21

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Moolsradoo, N., and Watanabe, S. (2010). Изменение трибологических характеристик алмазоподобных пленок путем добавления некоторых элементов. Диаметр. Relat. Матер. 19, 525–529.DOI: 10.1016 / j.diamond.2010.01.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Морас, Г., Пастевка, Л., Гумбш, П., и Мозелер, М. (2011). Образование и окисление линейных углеродных цепей и их роль в износе углеродных материалов. Трибол. Lett. 44, 355–365. DOI: 10.1007 / s11249-011-9864-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Невшупа, Р., Каро, Дж., Арратибель, А., Бонет, Р., Русанов, А., Арес, Дж. Р. и др. (2019). Эволюция трибологически индуцированной химической и структурной деградации гидрогенизированных покрытий из углеродного углерода. Трибол. Int. 129, 177–190. DOI: 10.1016 / j.triboint.2018.08.023

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нобили, Л., Гульельмини, А. (2013). Термическая стабильность и механические свойства фторированных алмазоподобных углеродных покрытий. Surf. Пальто. Technol. 219, 144–150. DOI: 10.1016 / j.surfcoat.2013.01.018

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Носака, М., Морисаки, Ю., Фудзивара, Т., Токай, Х., Кавагути, М., и Като, Т.(2017). Процесс обкатки для стабильного исчезновения трения и анализа трибопленки с помощью SEM и наноиндентора. Трибол. Интернет 12, 274–280. DOI: 10.2474 / трол.12.274

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Окамура Ю., Судзуки Д., Икома К., Нагатомо Т. и Уцуномия Х. (2019). Влияние сегментно-структурированной алмазоподобной пленки на фреттинг-износ подшипников скольжения железнодорожных осей. мех. Англ. 6: 18–00446. DOI: 10.1299 / mej.18-00446

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Окубо, Х., Цубои Р. и Сасаки С. (2015). Фрикционные свойства пленок DLC в условиях водорода низкого давления. Износ 340–341, 2–8. DOI: 10.1016 / j.wear.2015.03.018

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пастевка, Л., Мозер, С., Мозелер, М. (2010). Атомистические взгляды на приработку, смазку и разрушение гидрогенизированных алмазоподобных углеродных покрытий. Трибол. Lett. 39, 49–61. DOI: 10.1007 / s11249-009-9566-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пастевка, Л., Moser, S., Moseler, M., Blug, B., Meier, S., Hollstein, T., et al. (2008). Приработка трибопокрытий из аморфных углеводородов: сравнение эксперимента и моделирования молекулярной динамики. Внутр. J. Mater. Res. 99, 1136–1143. DOI: 10.3139 / 146.101747

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Rabinowicz, E. (2013). Трение и износ материалов, 2-е изд. . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Wiley.

Google Scholar

Робертсон Дж. (2002).Алмазоподобный аморфный углерод. Mater. Sci. Англ. R Rep. 37, 129–281. DOI: 10.1016 / S0927-796X (02) 00005-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ронкайнен, Х., и Холмберг, К. (2008). «Воздействие окружающей среды и термическое воздействие на трибологические характеристики DLC-покрытий», в Tribology of Diamond-Like Carbon: Fundamentals and Applications , eds C. Donnet and A. Erdemir (New York, NY: Springer), 155–200.

Google Scholar

Schall, J.Д., Гао, Г., и Харрисон, Дж. А. (2010). Влияние адгезии и образования пленки переноса на трибологию самосопряженных контактов DLC. J. Phys. Chem. С 114, 5321–5330. DOI: 10.1021 / jp1t

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ши, П., Сунь, Дж., Янь, В., Чжоу, Н., Чжан, Дж., Чжан, Дж. И др. (2020). Роль фазового перехода и эволюции поверхностных свойств в нанотрибологическом поведении H-DLC: эффекты термического и УФ-облучения. Заявл.Прибой. Sci. 514: 145960. DOI: 10.1016 / j.apsusc.2020.145960

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шукла, Н., Сведберг, Э., ван дер Веердонк, Р. Дж. М., Ма, X. и Геллман, А. Дж. (2003). Адсорбция воды на смазанном aCH x во влажной среде. Трибол. Lett. 15, 9–14. DOI: 10.1023 / A: 10235037

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Socoliuc, A., Bennewitz, R., Gnecco, E., and Meyer, E. (2004). Переход от прерывистого скольжения к непрерывному скольжению при атомном трении: переход в новый режим сверхнизкого трения. Phys. Rev. Lett. 92: 134301. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.92.134301

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сонг, Ю., Давиде, М., Одед, Х., Майкл, У., Ма, М., и Чжэн, К. (2018). Устойчивая сверхсмазка на микромасштабе в слоистых гетеропереходах графит / гексагональный нитрид бора. Nat. Матер. 17, 894–899. DOI: 10.1038 / s41563-018-0144-z

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Су, К., и Лин, Дж.С. (1998). Термическая десорбция водорода с поверхности алмаза C (100). Surf. Sci. 406, 0–166. DOI: 10.1016 / s0039-6028 (98) 00107-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сугимото И. и Мияке С. (1990). Ориентированные углеводороды переносятся из высокоэффективной смазочной аморфной пленки C: H: Si во время скольжения в вакууме. Заявл. Phys. Lett. 56, 1868–1870. DOI: 10.1063 / 1.103072

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тагава, М., Икемура, М., Накаяма, Ю., и Омаэ, Н. (2004). Влияние адсорбции воды на микротрибологические свойства гидрогенизированных алмазоподобных углеродных пленок. Трибол. Lett. 17, 575–580. DOI: 10.1023 / B: TRIL.0000044507.44022.13

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Vanhulsel, A., Velasco, F., Jacobs, R., Eersels, L., Havermans, D., Roberts, E. W., et al. (2007). Твердые смазочные покрытия DLC на шарикоподшипниках для космического применения. Трибол. Int. 40, 1186–1194.DOI: 10.1016 / j.triboint.2006.12.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Воеводин А.А., Забинский С.Дж. (2000). Сверхпрочные износостойкие покрытия с адаптацией поверхности «хамелеон». Тонкие твердые пленки 370, 223–231. DOI: 10.1016 / S0040-6090 (00) 00917-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, К., Ян, С., Ван, К., Ван, З., и Чжан, Дж. (2008). Сверхнизкое трение и сверхэластичные пленки гидрированного углерода возникли из уникальной фуллереноподобной наноструктуры. Нанотехнологии 19: 225709. DOI: 10.1088 / 0957-4484 / 19/22/225709

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Ю., Ван, Дж., Чжан, Г., Ван, Л., и Ян, П. (2012). Микроструктура и трибология нанокомпозитных покрытий TiC (Ag) / a-C: H, нанесенных методом несбалансированного магнетронного распыления. Surf. Пальто. Technol. 206, 3299–3308. DOI: 10.1016 / j.surfcoat.2012.01.036

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Васидзу, Х., Санда, С., Хёдо, С., Омори, Т., Нишино, Н., и Судзуки, А. (2007). Молекулярно-динамическое моделирование упруго-гидродинамической смазки и граничной смазки для автомобильной трибологии. J. Phys. 89: 012009. DOI: 10.1088 / 1742-6596 / 89/1/012009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сюэ, К., и Ван, Л. (2012). Нанонаука и технологии: алмазоподобные углеродные пленочные материалы . Пекин: Science Press (на китайском языке).

Google Scholar

Ямамото, С., Лискевич, Т., Фуджимура, К., Таширо, К., и Такай, О. (2019). Повышение температуры алмазоподобного углерода при скольжении: учет реальной площади контакта. Трибол. Int. 131, 496–507. DOI: 10.1016 / j.triboint.2018.09.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзэн, К., Цао, К., Эрдемир, А., Ли, С., и Чжу, Дж. (2018). Текущая ситуация развития сверхнизкого трения пленок DLC. China Surf. Англ. 31, 1–19. DOI: 10.11933 / j.issn.1007-9289.20180202002 (на китайском языке).

CrossRef Полный текст

Цзэн, Q., Eryilmaz, O., и Erdemir, A. (2015). Повышенная смазка системы трения, связанной с пленками DLC, при повышенной температуре. RSC Adv. 5, 93147–93154. DOI: 10.1039 / C5RA16084G

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзэн, К., Ю, Ф., и Донг, Г. (2013). Поведение сверхсмазочных пленок Si3N4 / DLC под маслом на основе полиальфаолефинов с добавкой наночастиц нитрида бора. Surf. Интерфейс Anal. 45, 1283–1290. DOI: 10.1002 / sia.5269

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, R., Ning, Z., Zhang, Y., Zheng, Q., Chen, Q., Xie, H., et al. (2013). Сверхсмазка в двойных углеродных нанотрубках длиной сантиметр в условиях окружающей среды. Nat. Nanotechnol. 8, 912–916. DOI: 10.1038 / nnano.2013.217

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, S., Wagner, G., Medyanik, S. N., Liu, W., Yu, Y., and Chung, Y.(2004). Экспериментальное и молекулярно-динамическое моделирование характеристик трения пленок гидрогенизированного углерода. Surf. Пальто. Technol. 177–178, 818–823. DOI: 10.1016 / j.surfcoat.2003.06.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан В., Танака А., Вазуми К. и Кога Ю. (2002). Влияние окружающей среды на трение и износостойкость алмазоподобной углеродной пленки. Тонкие твердые пленки 413, 104–109. DOI: 10.1016 / s0040-6090 (02) 00351-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжао, Ф., Ли, Х., Цзи, Л., Ван, Ю., Лю, X., Чжоу, Х., и др. (2016). Влияние эволюции микроструктуры на механические и трибологические свойства DLC-пленок, легированных титаном: как было получено сверхнизкое трение? J.