摩擦与润滑.pptx

摩擦与润滑摩擦与润滑摩擦与润滑摩擦与润滑 真空镀膜真空镀膜真空镀膜真空镀膜 黄一鸣黄一鸣 11721186 11721186 导师：吴行阳导师：吴行阳 平板楼平板楼/电机楼电机楼1 1楼楼Your company sloganYour company sloganTable of Contents 镀膜与摩擦润滑的关系镀膜与摩擦润滑的关系镀膜与摩擦润滑的关系镀膜与摩擦润滑的关系1 1 真空镀膜真空镀膜真空镀膜真空镀膜2 2 蒸发镀膜蒸发镀膜蒸发镀膜蒸发镀膜1 1）溅射镀膜溅射镀膜溅射镀膜溅射镀膜2 2）离子镀膜离子镀膜离子镀膜离子镀膜3 3）Your company sloganYour company slogan镀膜与摩擦润滑的关系镀膜与摩擦润滑的关系镀膜与摩擦润滑的关系镀膜与摩擦润滑的关系 润滑润滑润滑润滑就是用润滑剂减少就是用润滑剂减少就是用润滑剂减少就是用润滑剂减少(或控制或控制或控制或控制)两摩擦表面之间的摩擦力或其他形两摩擦表面之间的摩擦力或其他形两摩擦表面之间的摩擦力或其他形两摩擦表面之间的摩擦力或其他形式的表面破坏的作用。式的表面破坏的作用。式的表面破坏的作用。式的表面破坏的作用。润滑剂润滑剂润滑油润滑油润滑脂润滑脂润滑性粉末润滑性粉末薄膜材料薄膜材料(粘结干膜、电镀、电泳、溅射、离子镀固粘结干膜、电镀、电泳、溅射、离子镀固 体润滑膜、陶瓷膜等体润滑膜、陶瓷膜等)整体材料整体材料(金属基、无机非金属基或塑料基自润滑材金属基、无机非金属基或塑料基自润滑材料等料等)润滑剂润滑剂气体气体油类油类脂类脂类固体固体镀、镀、涂涂Your company sloganYour company slogan固体润滑固体润滑固体润滑固体润滑 将固体物质涂或镀于摩擦界面，以降低摩擦，减少磨损的措施。将固体物质涂或镀于摩擦界面，以降低摩擦，减少磨损的措施。将固体物质涂或镀于摩擦界面，以降低摩擦，减少磨损的措施。将固体物质涂或镀于摩擦界面，以降低摩擦，减少磨损的措施。固体润滑技术固体润滑技术固体润滑技术固体润滑技术 当前，可作为固体润滑剂的物质有石墨和二硫化钼等层状固态物质、当前，可作为固体润滑剂的物质有石墨和二硫化钼等层状固态物质、当前，可作为固体润滑剂的物质有石墨和二硫化钼等层状固态物质、当前，可作为固体润滑剂的物质有石墨和二硫化钼等层状固态物质、塑料和树脂等高分子材料、软金属及其各种化合物等。固体润滑技术最早塑料和树脂等高分子材料、软金属及其各种化合物等。固体润滑技术最早塑料和树脂等高分子材料、软金属及其各种化合物等。固体润滑技术最早塑料和树脂等高分子材料、软金属及其各种化合物等。固体润滑技术最早应用于军事工业，后来应用于一些高科技领域解决了一些液体润滑剂难以应用于军事工业，后来应用于一些高科技领域解决了一些液体润滑剂难以应用于军事工业，后来应用于一些高科技领域解决了一些液体润滑剂难以应用于军事工业，后来应用于一些高科技领域解决了一些液体润滑剂难以解决的困难，现在逐渐推广到常规生产领域中，取得了良好的效果。因而，解决的困难，现在逐渐推广到常规生产领域中，取得了良好的效果。因而，解决的困难，现在逐渐推广到常规生产领域中，取得了良好的效果。因而，解决的困难，现在逐渐推广到常规生产领域中，取得了良好的效果。因而，固体润滑技术越来越受到人们的重视；加之当前全球性能源紧迫，因此将固体润滑技术越来越受到人们的重视；加之当前全球性能源紧迫，因此将固体润滑技术越来越受到人们的重视；加之当前全球性能源紧迫，因此将固体润滑技术越来越受到人们的重视；加之当前全球性能源紧迫，因此将固体润滑逐渐代替液体润滑的呼声日见高涨。目前，虽然从理论上研究固固体润滑逐渐代替液体润滑的呼声日见高涨。目前，虽然从理论上研究固固体润滑逐渐代替液体润滑的呼声日见高涨。目前，虽然从理论上研究固固体润滑逐渐代替液体润滑的呼声日见高涨。目前，虽然从理论上研究固体润滑机理日益增多，应用固体润滑技体润滑机理日益增多，应用固体润滑技体润滑机理日益增多，应用固体润滑技体润滑机理日益增多，应用固体润滑技 术解决日常遇到的润滑问题所取术解决日常遇到的润滑问题所取术解决日常遇到的润滑问题所取术解决日常遇到的润滑问题所取得的成效也日益显著。但各种物质的润滑机理还有待深入研究，许多制备得的成效也日益显著。但各种物质的润滑机理还有待深入研究，许多制备得的成效也日益显著。但各种物质的润滑机理还有待深入研究，许多制备得的成效也日益显著。但各种物质的润滑机理还有待深入研究，许多制备工艺还有待完善，固体润滑技术的效果和经济效益还有工艺还有待完善，固体润滑技术的效果和经济效益还有工艺还有待完善，固体润滑技术的效果和经济效益还有工艺还有待完善，固体润滑技术的效果和经济效益还有 待提高。待提高。待提高。待提高。Your company sloganYour company slogan固体润滑机理固体润滑机理固体润滑机理固体润滑机理 固体润滑的主要目的是用镀、涂等方法将固体润滑剂粘着在摩擦表面上形成固体润滑的主要目的是用镀、涂等方法将固体润滑剂粘着在摩擦表面上形成固体润滑的主要目的是用镀、涂等方法将固体润滑剂粘着在摩擦表面上形成固体润滑的主要目的是用镀、涂等方法将固体润滑剂粘着在摩擦表面上形成 固体润滑膜，摩擦时在对偶材料表面形成转移膜，使摩擦发生在润滑剂内部，从固体润滑膜，摩擦时在对偶材料表面形成转移膜，使摩擦发生在润滑剂内部，从固体润滑膜，摩擦时在对偶材料表面形成转移膜，使摩擦发生在润滑剂内部，从固体润滑膜，摩擦时在对偶材料表面形成转移膜，使摩擦发生在润滑剂内部，从 而减少摩擦，降低磨损。润滑膜一方面可以防止对偶材料表面直接接触，另一方而减少摩擦，降低磨损。润滑膜一方面可以防止对偶材料表面直接接触，另一方而减少摩擦，降低磨损。润滑膜一方面可以防止对偶材料表面直接接触，另一方而减少摩擦，降低磨损。润滑膜一方面可以防止对偶材料表面直接接触，另一方 面可以减小接触薄层的剪切强度，从而显著减小摩擦系数面可以减小接触薄层的剪切强度，从而显著减小摩擦系数面可以减小接触薄层的剪切强度，从而显著减小摩擦系数面可以减小接触薄层的剪切强度，从而显著减小摩擦系数 。固体固体润滑滑剂具有具有润滑作用滑作用的薄膜的薄膜 物理吸附膜物理吸附膜 化学吸附膜化学吸附膜 涂涂层润滑膜滑膜 氧化膜氧化膜 化学反化学反应膜膜 Your company sloganYour company slogan 随着宇航技术的发展，随着宇航技术的发展，随着宇航技术的发展，随着宇航技术的发展，对于在真空和惰性气体中工作的滚动轴承提出了更高对于在真空和惰性气体中工作的滚动轴承提出了更高对于在真空和惰性气体中工作的滚动轴承提出了更高对于在真空和惰性气体中工作的滚动轴承提出了更高 的要的要的要的要求。采用一般的油脂进行润滑较为困难，并带来结构上的复杂性。求。采用一般的油脂进行润滑较为困难，并带来结构上的复杂性。求。采用一般的油脂进行润滑较为困难，并带来结构上的复杂性。求。采用一般的油脂进行润滑较为困难，并带来结构上的复杂性。在真空环在真空环在真空环在真空环 境无润滑状态下，境无润滑状态下，境无润滑状态下，境无润滑状态下，普通不锈钢球轴承的球和套圈界面之间常发生普通不锈钢球轴承的球和套圈界面之间常发生普通不锈钢球轴承的球和套圈界面之间常发生普通不锈钢球轴承的球和套圈界面之间常发生“冷焊冷焊冷焊冷焊”而咬合，采用固体润滑轴承取得了实用效果。如普通不锈钢球轴承在模拟而咬合，采用固体润滑轴承取得了实用效果。如普通不锈钢球轴承在模拟而咬合，采用固体润滑轴承取得了实用效果。如普通不锈钢球轴承在模拟而咬合，采用固体润滑轴承取得了实用效果。如普通不锈钢球轴承在模拟 24000 24000 r/min r/min 转转转转 速的陀螺仪上运转速的陀螺仪上运转速的陀螺仪上运转速的陀螺仪上运转 3000 h 3000 h 后就有磨痕后就有磨痕后就有磨痕后就有磨痕,而用化学气相沉积法在硬质合金球与不而用化学气相沉积法在硬质合金球与不而用化学气相沉积法在硬质合金球与不而用化学气相沉积法在硬质合金球与不 锈钢套圈表面镀碳化钛，经淬火后，在锈钢套圈表面镀碳化钛，经淬火后，在锈钢套圈表面镀碳化钛，经淬火后，在锈钢套圈表面镀碳化钛，经淬火后，在 24000r/min24000r/min。转速下运转。转速下运转。转速下运转。转速下运转 25000 h25000 h，表面，表面，表面，表面 没有明没有明没有明没有明显磨损痕迹。同时显磨损痕迹。同时显磨损痕迹。同时显磨损痕迹。同时,固体润滑剂仍保持良好的润滑性能，球轴承仍然保持固体润滑剂仍保持良好的润滑性能，球轴承仍然保持固体润滑剂仍保持良好的润滑性能，球轴承仍然保持固体润滑剂仍保持良好的润滑性能，球轴承仍然保持 着适当的弹性，着适当的弹性，着适当的弹性，着适当的弹性，没出现没出现没出现没出现“冷焊冷焊冷焊冷焊”痕迹。痕迹。痕迹。痕迹。软金属润滑材料早已应用到滑动轴承上，如铅、锡等应用于巴氏合金或铅软金属润滑材料早已应用到滑动轴承上，如铅、锡等应用于巴氏合金或铅软金属润滑材料早已应用到滑动轴承上，如铅、锡等应用于巴氏合金或铅软金属润滑材料早已应用到滑动轴承上，如铅、锡等应用于巴氏合金或铅(锡锡锡锡)青铜青铜青铜青铜滑动轴承中，或用电镀的方法把他们镀在轴承上。这些轴承以往都采用流体润滑，但滑动轴承中，或用电镀的方法把他们镀在轴承上。这些轴承以往都采用流体润滑，但滑动轴承中，或用电镀的方法把他们镀在轴承上。这些轴承以往都采用流体润滑，但滑动轴承中，或用电镀的方法把他们镀在轴承上。这些轴承以往都采用流体润滑，但在开始还没有形成膜时，铅锡等软金属便作为固体润滑剂使用，且效果在开始还没有形成膜时，铅锡等软金属便作为固体润滑剂使用，且效果在开始还没有形成膜时，铅锡等软金属便作为固体润滑剂使用，且效果在开始还没有形成膜时，铅锡等软金属便作为固体润滑剂使用，且效果 较好。通常，较好。通常，较好。通常，较好。通常，单独使用的软金属都是以物理化学镀覆的方法在基材表面镀上一层单独使用的软金属都是以物理化学镀覆的方法在基材表面镀上一层单独使用的软金属都是以物理化学镀覆的方法在基材表面镀上一层单独使用的软金属都是以物理化学镀覆的方法在基材表面镀上一层 极薄的固体润滑膜，极薄的固体润滑膜，极薄的固体润滑膜，极薄的固体润滑膜，或以金属微粉用粉末冶炼的方法制成复合材料使用。在摩擦或以金属微粉用粉末冶炼的方法制成复合材料使用。在摩擦或以金属微粉用粉末冶炼的方法制成复合材料使用。在摩擦或以金属微粉用粉末冶炼的方法制成复合材料使用。在摩擦 过程中，单质的金属固体过程中，单质的金属固体过程中，单质的金属固体过程中，单质的金属固体润滑膜在对偶材料表面形成转移膜，润滑膜在对偶材料表面形成转移膜，润滑膜在对偶材料表面形成转移膜，润滑膜在对偶材料表面形成转移膜，因而减小了摩擦磨损。软金属基固体润滑膜的实因而减小了摩擦磨损。软金属基固体润滑膜的实因而减小了摩擦磨损。软金属基固体润滑膜的实因而减小了摩擦磨损。软金属基固体润滑膜的实用温度很广，可以从超低温直到用温度很广，可以从超低温直到用温度很广，可以从超低温直到用温度很广，可以从超低温直到 一定的高温；软金属的剪切强度低，同种软金属的纯一定的高温；软金属的剪切强度低，同种软金属的纯一定的高温；软金属的剪切强度低，同种软金属的纯一定的高温；软金属的剪切强度低，同种软金属的纯度越高，其临界剪切应力就度越高，其临界剪切应力就度越高，其临界剪切应力就度越高，其临界剪切应力就 越小；软金属的蒸发率低，因而能适应在几百度的高温和越小；软金属的蒸发率低，因而能适应在几百度的高温和越小；软金属的蒸发率低，因而能适应在几百度的高温和越小；软金属的蒸发率低，因而能适应在几百度的高温和真空环境中工作。真空环境中工作。真空环境中工作。真空环境中工作。Your company sloganYour company slogan真空真空镀膜膜 在固体表面上镀上一层薄膜，就在固体表面上镀上一层薄膜，就在固体表面上镀上一层薄膜，就在固体表面上镀上一层薄膜，就 能使该基体材料具有许多新的物理能使该基体材料具有许多新的物理能使该基体材料具有许多新的物理能使该基体材料具有许多新的物理和化和化和化和化 学性能。因此，真空镀膜技术又称表面学性能。因此，真空镀膜技术又称表面学性能。因此，真空镀膜技术又称表面学性能。因此，真空镀膜技术又称表面 改性技术。改性技术。改性技术。改性技术。在真空中制备膜层，包括镀制晶态的金属、半导体、绝缘体等单质或在真空中制备膜层，包括镀制晶态的金属、半导体、绝缘体等单质或在真空中制备膜层，包括镀制晶态的金属、半导体、绝缘体等单质或在真空中制备膜层，包括镀制晶态的金属、半导体、绝缘体等单质或化合物膜。虽然化学汽相沉积也采用减压、低压或等离子体等真空手段，化合物膜。虽然化学汽相沉积也采用减压、低压或等离子体等真空手段，化合物膜。虽然化学汽相沉积也采用减压、低压或等离子体等真空手段，化合物膜。虽然化学汽相沉积也采用减压、低压或等离子体等真空手段，但一般真空镀膜是指用物理的方法沉积薄膜。但一般真空镀膜是指用物理的方法沉积薄膜。但一般真空镀膜是指用物理的方法沉积薄膜。但一般真空镀膜是指用物理的方法沉积薄膜。真空镀膜真空镀膜蒸发镀膜蒸发镀膜溅射镀膜溅射镀膜离子镀离子镀Your company sloganYour company slogan蒸发镀膜蒸发镀膜原理：原理：原理：原理：薄膜厚度可由数百埃至数微米。膜厚决定于蒸发源的蒸发速率和时间（或决薄膜厚度可由数百埃至数微米。膜厚决定于蒸发源的蒸发速率和时间（或决薄膜厚度可由数百埃至数微米。膜厚决定于蒸发源的蒸发速率和时间（或决薄膜厚度可由数百埃至数微米。膜厚决定于蒸发源的蒸发速率和时间（或决定于装料量），并与源和基片的距离有关。对于大面积镀膜，常采用旋转基片或定于装料量），并与源和基片的距离有关。对于大面积镀膜，常采用旋转基片或定于装料量），并与源和基片的距离有关。对于大面积镀膜，常采用旋转基片或定于装料量），并与源和基片的距离有关。对于大面积镀膜，常采用旋转基片或多蒸发源的方式以保证膜层厚度的均匀性多蒸发源的方式以保证膜层厚度的均匀性多蒸发源的方式以保证膜层厚度的均匀性多蒸发源的方式以保证膜层厚度的均匀性 加热加热蒸发蒸发冷凝成膜冷凝成膜加加热方式方式电阻加阻加热高高频感感应离子束加离子束加热金属、化合物等金属、化合物等 金属、陶瓷、塑金属、陶瓷、塑料等料等 Your company sloganYour company slogan 真空蒸发的特点真空蒸发的特点（1）优点：成膜速度快）优点：成膜速度快0.150um/min，设备比较简单，设备比较简单，操作容易；制得薄膜纯度高；薄膜生长机理较简单，操作容易；制得薄膜纯度高；薄膜生长机理较简单，镀制单镀制单质和不易热分解的化合物膜质和不易热分解的化合物膜 。（2）缺点：薄膜附着力较小，结晶不够完善，工艺重复）缺点：薄膜附着力较小，结晶不够完善，工艺重复性不够好。性不够好。（3）结构主要有：真空室；蒸发源；基板；基板加热器）结构主要有：真空室；蒸发源；基板；基板加热器及测温计。及测温计。Your company sloganYour company slogan溅射射镀膜膜 气体分子被高压电离后形成正离子与电子。正离子在电场作用下加气体分子被高压电离后形成正离子与电子。正离子在电场作用下加速，以高的动能轰击靶材（阴极），使靶原子能量增加并脱离表面形成溅速，以高的动能轰击靶材（阴极），使靶原子能量增加并脱离表面形成溅射层，淀积在基板上形成薄膜。射层，淀积在基板上形成薄膜。Your company sloganYour company slogan 溅射离子来源于辉光放电（高压下气体放电）溅射离子来源于辉光放电（高压下气体放电）:有有DCDC辉光放电辉光放电（5Kv5Kv）ACAC辉光放电（提高气体的电离率），辉光放电（提高气体的电离率），RFRF射频辉光放电（解决介质射频辉光放电（解决介质靶溅射）靶溅射）溅射过程：溅射过程：溅射过程：溅射过程：靶的溅射靶的溅射溅射粒子在溅射粒子在基片上成膜基片上成膜溅射粒子向溅射粒子向基片的迁移基片的迁移逸出粒子逸出粒子的形态的形态Your company sloganYour company slogan磁控溅射磁控溅射磁控溅射磁控溅射 提高了电子对工作气体的电离率和有效利用了电子的能量，使正离子提高了电子对工作气体的电离率和有效利用了电子的能量，使正离子对靶材轰击引起的靶材溅射更有效对靶材轰击引起的靶材溅射更有效Your company sloganYour company slogan溅射镀膜的优点：溅射镀膜的优点：1.任何物质均可以溅射，尤其是高熔点、低蒸气压元素和化合物。只要任何物质均可以溅射，尤其是高熔点、低蒸气压元素和化合物。只要是固体，不论是块状、粒状的物质都可以作为靶材。是固体，不论是块状、粒状的物质都可以作为靶材。2.溅射膜与基板之间的附着性好。溅射膜与基板之间的附着性好。3.溅射镀膜膜密度高，针孔少，且膜层的纯度较高，因为在溅射镀膜过溅射镀膜膜密度高，针孔少，且膜层的纯度较高，因为在溅射镀膜过程中，不存在真空镀膜时无法避免的坩埚污染现象。程中，不存在真空镀膜时无法避免的坩埚污染现象。4.膜厚可控性和重复性好。膜厚可控性和重复性好。溅射镀膜的缺点溅射镀膜的缺点:1.溅射设备复杂、需要高压装置；溅射设备复杂、需要高压装置；2.溅射淀积的成膜速度低，真空蒸镀淀积速率为溅射淀积的成膜速度低，真空蒸镀淀积速率为0.15m/min，而溅，而溅射速率则为射速率则为0.010.5m/min;3.基板温升较高和易受杂质气体影响等基板温升较高和易受杂质气体影响等。Your company sloganYour company slogan离子离子镀膜膜 离子镀是在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分离离子镀是在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分离化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时把蒸发物或者反应物沉化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时把蒸发物或者反应物沉积在基片上积在基片上 将基片台作为阴极，外壳作阳极，充入惰性气体（如氩）以产生辉光放电。将基片台作为阴极，外壳作阳极，充入惰性气体（如氩）以产生辉光放电。从蒸发源蒸发的分子通过等离子区时发生电离。正离子被基片台负电压加速打到从蒸发源蒸发的分子通过等离子区时发生电离。正离子被基片台负电压加速打到基片表面。未电离的中性原子（约占蒸发料的基片表面。未电离的中性原子（约占蒸发料的95%）也沉积在基片或真空室壁表）也沉积在基片或真空室壁表面。电场对离化的蒸气分子的加速作用（离子能量约几百几千电子伏）和氩离面。电场对离化的蒸气分子的加速作用（离子能量约几百几千电子伏）和氩离子对基片的溅射清洗作用，使膜层附着强度大大提高子对基片的溅射清洗作用，使膜层附着强度大大提高 辉光放电辉光放电加热蒸发加热蒸发Your company sloganYour company slogan 当温度增高到使原子（分子）间的热运动动能与电离能相当的时候，当温度增高到使原子（分子）间的热运动动能与电离能相当的时候，变成（部分）电离气体，系统的基本组元变成了离子和电子（可以包含大变成（部分）电离气体，系统的基本组元变成了离子和电子（可以包含大量的原子和分子）。电磁力开始作用，这就是量的原子和分子）。电磁力开始作用，这就是等离子体状态等离子体状态离子镀膜的特点：离子镀膜的特点：1.附着性好表面清洗；沉积溅射附着性好表面清洗；沉积溅射 2.密度高离子轰击，形成致密结构密度高离子轰击，形成致密结构 3.绕射性离子运动；散射绕射性离子运动；散射 4.材料范围宽材料范围宽 5.易于化合活性增加易于化合活性增加 6.速率高速率高 7.主要用于金属主要用于金属Your company sloganYour company slogan文献文献1邱英浩，曹晓明真空镀膜技术的现状及进展J天津冶金，2004(5)：45482 白秀琴，李建，严新平，等真空镀膜技术在塑料表面金属化上的应用J武汉理工大学学报，2005，29(6)：9479503李云奇。真空镀膜技术与设备M.沈阳：东北工业出版社，19894张以忱。真空工程技术丛书：真空镀膜技术M.北京：冶金工业出版社，20065赵嘉学，童洪辉。磁控溅射原理的深入探讨J.真空技术学报,2005,25(3):442-2106KAUFMAN H R.Modular linear ion source J.Society of VacuumCoaters,2004,(505/856):7188Your company sloganYour company slogan 谢谢！谢谢！