276 / 2021-04-23 09:59:09

丁腈橡胶表面碳基薄膜的界面结合调控

DLC薄膜、等离子体预处理、粘附性、柔韧性、摩擦性能

橡胶是各种密封应用中最常用的材料，因为它们具有低弹性模量，高的延展性和高泊松比。大多数密封件在润滑剂工况下应用，但也可能在干燥条件下运行受到高摩擦和高磨损，例如在设备启动期间。一种策略是使用润滑涂层，其不仅起到减摩/磨损的作用，而且与弹性体以及润滑剂具有良好的化学相容性可防止橡胶部件的降解。类金刚石碳（DLC）薄膜无疑是这种应用的候选者之一。但实现硬质薄膜对橡胶基体的最佳保护，关键是DLC薄膜必须具有良好的粘附性和柔韧性。鉴于此，本文将通过等离子体改性橡胶基体表面，达到提高薄膜的粘附力和提高薄膜使用寿命和防护质量。相比传统的改性技术，等离子体处理技术环保无污染、不破坏机体表面整体性质、适用范围广、安全等特点。此外，等离子体处理基体表面产生一些起到连接性的官能团，比如羟基(-OH)、羰基(-CO)等官能团。这些官能团可以与薄膜的自由基碳反应形成化学键，提高涂层与基体之间的结合力。另外，等离子体处理也可以增加表面的粗糙度，利于增强膜基结合力。通过高分辨率扫描电子显微镜SEM分析DLC 表面和横截面形态。由于DLC和橡胶的热膨胀系数巨大差异而形成的随机裂纹网络将DLC薄膜分割成几百微米的板块，以及由粗糙界面导致薄膜呈柱状生长模式，两者均有利于薄膜和橡胶基材之间的界面粘合和柔韧性。特别指出的是高密度裂纹来达到释放薄膜应力具有很大贡献。通过X切割测试方法和SEM确定薄膜和基体之间的粘附性。沉积的涂层显示出最优异的粘附性，粘附等级为4A。粘附强度的直接与薄膜沉积初与结束的温度差、预处理表面形貌、交联度、粗糙度和自由基等关键因素相关。在干滑动条件下，采用直径6mm的GCr15钢球研究原始橡胶和DLC/橡胶的摩擦学行为。相比于原始橡胶，沉积DLC薄膜后摩擦系数明显大幅度降低，表现出优异的摩擦学性能，即使在10N的法向载荷下也能实现低摩擦，以及没有产生严重磨损。