图书馆-报告库-中国机械工程学会表面工程分会

Oral Presentation高性能DLC薄膜的跨尺度模拟设计

编号：97 访问权限：Participants Only 更新：2024-03-31 11:23:03 浏览：91次收藏取消收藏

2024-05-12 09:00

15min

[P] 第十四届全国青年表面工程学术会议 [F2A] 第二分论坛上午场

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摘要

DLC薄膜是航空航天等领域至关重要的表面保护材料，而上述领域关键机械运动部件的使用环境日益复杂和苛刻，对DLC薄膜提出了更高的要求，其开始向着复合化和梯度化方向发展。而实验存在周期长、成本高、难以实现亚原子尺度的机理研究等缺点，限制了DLC薄膜性能的进一步提升。因此，本研究将分子动力学、第一性原理计算、有限元分析相结合，具有创新性地提出了一套从单一子层到多层梯度的DLC复合薄膜的跨尺度模拟设计方法，实现了多层梯度DLC复合薄膜从微观到宏观、从性能到机理的深入研究。首先采用分子动力学获得了子层复合薄膜(Si、MoS₂、WC、B₄C)的微观结构无序化程度、原子配位数、力学性能、以及摩擦学性能等，完成了成分分析和性能预测，并为有限元模拟提供必要参数。其次通过第一性原理计算探究了掺杂物种类和含量对DLC薄膜成键情况和电子分布的影响，从实验达不到的亚原子尺度研究了改性机理。最后基于分子动力学中筛选出的最优成分以及获得的必要参数，通过有限元分析构建出微米尺度的多层梯度复合薄膜模型，探究了薄膜总厚度、子层厚度以及层厚梯度比等对薄膜力学性能和摩擦学性能的影响。此研究为实现高性能DLC薄膜的快速筛选和可控制备提供设计方案，进而为提升卫星、行星齿轮等精密运动部件的可靠性提供模拟技术支撑。