[发明专利]一种类金刚石薄膜的摩擦、磨损寿命的测试方法

说明书

本发明是一种类金刚石薄膜的摩擦、磨损寿命的测试方法，该方法对不同条件下的薄膜寿命进行拟合，结合摩擦磨损失效过程机理，得到磨损寿命与测试载荷、频率以及薄膜厚度的相关关系，建立类金刚石薄膜寿命预测经验模型。当一组数据采用SPSS进行数据拟合时，通常可以选择多种不同的函数关系，在本预测方法中，基于对类金刚石薄膜的摩擦磨损失效机理的研究，幂函数能够很好的模拟类金刚石薄膜摩擦寿命与载荷、速率、厚度、掺杂量的相关关系。通过该拟合方法得到了经验模型能够更加贴合薄膜实际演变规律，预测准确性大幅提高。

技术领域

本发明是一种类金刚石薄膜的摩擦、磨损寿命的测试方法，属于测量测试技术领域。

背景技术

随着航空发动机性能不断提升，对主轴轴承的可靠性也提出了更高要求，尤其战斗机在进行某种机动动作时会偶发瞬时润滑油中断供应的情况，为保证轴承在此极限工况(高温、高应力、乏油)下的正常运转，轴承的耐磨损和润滑性能受到越来越高的关注。为提高轴承抵抗润滑油中断的能力，仅采用传统轴承材料已不足以确保航空发动机的高效稳定运转，采用表面改性技术是提高轴承性能的有效方法之一。类金刚石薄膜由于具有优异的力学摩擦性能及稳定的热化学特性而被广泛用作保护涂层或表面润滑剂。作为一种重要的功能材料，目前国内外学者对DLC薄膜的性能进行了广泛的研究。这些对于DLC薄膜的摩擦磨损过程进行了系统的研究，并探索了摩擦磨损机理。然而，由于目前DLC薄膜还处于前沿领域，其作为轴承表面薄膜技术成熟度不高，因此，对其开展寿命预测研究较少。

以往对于涂层或薄膜材料磨损寿命预测方法有加速试验技术、统计分析方法和数学建模手段，滑动磨损加速试验是以增大磨损载荷(即PV值)为手段，以在较短时间内达到预定磨损量的一种试验方法。实施磨损加速试验能够快速获得被试零件的抗磨寿命分布参数，由此预测常规条件下的抗磨寿命。摩擦磨损寿命统计分析法是基于磨损过程的随机性，对一定寿命下的可靠度进行计算。磨损模型法是基于一定的磨损机理模型，对模型中关键参数进行评估，从而进行磨损寿命预测的方法。采用加速实验法建立磨损寿命与载荷、速率等相关关系的数学模型是进行材料寿命预测的常用方法。该方法能够减少寿命试验的时间消耗，降低试验成本。然而，该方法对于DLC薄膜的寿命预测并不适用。根据DLC薄膜的性质，其在较低载荷/速率等条件下的摩擦学表现与高载荷/速率下有本质差异，在不同的载荷速率范围内薄膜的磨损机制发生了明显变化，因此，采用加速法得到的寿命经验公式并不适用于常规载荷速率下的寿命变化规律，应该对适用的使用条件进行合理限定。另外统计分析法是材料磨损寿命预测的另一种常用方法，该方法是基于以下理论基础：在一定的生产条件下，产品的质量有一定概率分布，根据有限的试车结果给出概率分布函数，从而得到一定工况条件下，具有较高概率的寿命值，从而对薄膜寿命给出预估。然而对于CVD法制备的DLC薄膜，其材料的工艺稳定性较好，在实际应用中更关心的是在不同服役工况条件下的表现，对于相同材料与工艺条件下，薄膜寿命的随机性和概率分布不是最关心的问题。此外，对薄膜的磨损寿命预测还有基于经典磨损理论模型(如Archard模型)，得到模型中关键参数从而进行寿命预测。该磨损法通常针对发生磨损失效情况，而类金刚石薄膜失效表现主要为摩擦系数增大，不能采用磨损量作为评估参数。因此，对于DLC薄膜的寿命预测应该采用与其性质更为匹配适用的预测方法。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种类金刚石薄膜的摩擦、磨损寿命的测试方法，其目的是通过该测试方法得到更加真实反应类金刚石薄膜寿命的演变规律，提高对类金刚石薄膜使用寿命预测的准确性。