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水润滑环境下ECR碳膜摩擦学特性研究

近来摩擦副在水环境中应用日渐增多，且较之于传统油润滑，水润滑更具能源效率和环境兼容性。但水粘度低，不易形成流体动压润滑膜，且常规金属材料易与水发生反应而腐蚀。为解决上述问题，利用ECR等离子体沉积技术制备了一种在水环境下呈优异摩擦性能的碳膜。通过改变制备条件，精确制备不同纳米结构碳膜，以此达到调控碳膜硬度、表面粗糙度及膜内纳晶石墨烯生长等的目的。发现不同纳米结构碳膜在水润滑条件下，均具有比干摩擦更为优异的摩擦性能，且离子沉积碳膜因其硬度高，在水中具有比电子沉积碳膜更优异的摩擦性能。通过不同载荷的摩擦实验，发现离子沉积碳膜的摩擦系数在一定载荷范围内均随载荷增加而降低，展现出其大载荷下的应用前景。为进一步提高碳膜的摩擦性能，采用ECR等离子体掩膜刻蚀技术在碳膜表面加工了微米级织构，发现织构在起到储水、储屑等作用的基础上，还能使电子沉积碳膜在磨损初期便能形成软质磨屑，与水共同作用下在对磨球表面粘结形成具有减摩耐磨效果的“淤泥状”转移膜，使其磨损寿命增加三十余倍。有望解决水对传统金属配副腐蚀、水粘度低润滑效果不明显等问题，为水环境下摩擦副表面涂层设计及应用提供新方法。