粗糙Si3N4表面类金刚石薄膜的分层

甲氧沙林片治疗白癜风 http://m.39.net/news/a_9386472.html
氮化硅（Si3N4）陶瓷球因其高硬度、低密度、优异的耐磨性和热稳定性，广泛应用于通常承受高速、高温和重载环境的航空发动机轴承中。在Si3N4表面上使用类金刚石（DLC）薄膜是改善其摩擦学性能的有效途径。然而，由于界面附着力差，DLC薄膜会以界面分层的形式出现损坏。薄膜-基底系统的界面粘合非常复杂，不仅取决于化学键合，还取决于粗糙界面的机械互锁。哈尔滨工业大学的ChuanweiZhang团队研究了界面粗糙度对Si3N4基底上DLC薄膜分层行为的影响。作者使用有限元方法研究该薄膜基底系统的压痕行为，其中结合界面采用内聚力模型（cohesivezonemodel，CZM）模拟（图1）。研究发现，界面粗糙度基本上不会影响压痕过程中的载荷变化，界面处的切向应力对DLC薄膜的损伤起主要作用。在较小的压痕深度下，粗糙的界面较平整的界面增大了界面处的切向应力，从而加速界面损伤；而在较大的压痕深度下，界面粗糙度引起的机械互锁降低了界面能量释放，使分层长度减少，延缓了界面失效。

图1Si3N4陶瓷基底粗糙表面上DLC薄膜压痕示意图。

界面粗糙度的几何参数也会影响其损伤和失效过程。在较小的压痕深度下，界面粗糙度高度（图1中A）的增加导致界面切向应力的增加，加速了界面损伤的发生。而在较大的压痕深度下，界面粗糙度高度的增加使机械互锁效应增加，使分层长度随之减少。界面粗糙度宽度（图1中W）的减小会导致更高的界面损伤风险，但可以减小分层长度和延缓界面失效。DLC薄膜的力学性能与几何参数也影响着界面的损伤和失效过程。在较小的压痕深度下，DLC薄膜厚度的减小或材料杨氏模量的增加会增加界面切向应力，加速界面损伤。在较大的压痕深度下，DLC薄膜厚度的减小可以减少界面能量释放，使分层长度减小，延缓了界面失效；但杨氏模量的改变不会对薄膜分层产生实质性影响。该研究工作使用有限元方法系统地分析了压痕载荷下Si3N4基底上DLC薄膜的界面损伤和失效机理，给多层结构的设计提供了良好参考价值。文章主要考虑了界面失效带来的分层破坏，而DLC薄膜在压痕过程中还可能出现断裂等失效形式。界面机械互锁效应的增加能延缓界面失效，但是否会增加涂层的应力集中情况，造成涂层加速失效，值得进一步研究。界面失效与涂层失效之间呈现竞争或协同机理也可进一步讨论。该系统在使用过程中亦可能受到刮擦载荷的影响从而造成分层，可考虑研究界面粗糙度对刮擦过程中界面损伤和失效机理的影响。该研究工作以“Delaminationofdiamond-likecarbonfilmsonroughSi3N4surfaces”为题发表于《SurfaceEngineering》。

全文链接：

转载请注明：http://www.abachildren.com/ysty/506.html