607 / 2021-06-20 10:52:43

元素掺杂对含氢DLC薄膜真空摩擦学性能的影响分析

嫦娥工程、载人空间站工程等空间重大工程的顺利实施，对航天器的寿命提出了更高的要求，因此其相对运动部件的高可靠服役性能的优劣将对航天器的正常在轨运行产生巨大影响。NOAA-11、NOAA-14、NOAA-15、HIRS/3等航天器都曾反复发生润滑失效故障。自润滑技术是指相对运动部件在无外界润滑介质下，其利用本身润滑性能进行减摩降磨，因此其有望解决航天器运动部件的高可靠、低重量润滑问题。含氢DLC薄膜作为固体自润滑材料之一，以其优异的高硬度、低摩擦系数备受关注。明确不同掺杂下的含氢DLC薄膜的力学及其真空摩擦学性能，对其进一步的推广应用具有重要意义。基于此，利用磁控溅射技术制备了Cr、B₄C元素掺杂后的DLC薄膜，采用扫描电子显微镜、拉曼光谱分析仪、纳米硬度仪、真空摩擦磨损试验机等测试仪器研究了元素掺杂对含氢DLC薄膜微观组织、力学性能、摩擦磨损性能的影响。研究结果表明，Cr元素掺杂后可提升含氢DLC薄膜的结合强度，B₄C的掺杂反而降低其性能；元素的掺杂影响了含氢DLC薄膜内部的sp²和sp³的比例，因此其纳米硬度均低于不掺杂薄膜；真空下的摩擦试验表明，Cr掺杂后，薄膜的平均摩擦系数由0.016降低到0.012，但B₄C掺杂后的平均摩擦系数却升高至0.017。