618 / 2021-06-20 14:04:04

基于高温用类金刚石薄膜的设计、制备及摩擦学性能

近年来，利用各种物理气相沉积和化学气相沉积技术制备的类金刚石(DLC)薄膜，引起了摩擦学研究者的极大兴趣，在众多领域显示出巨大的应用前景。然而，随着机械装备朝着高温、高速和高精度方向发展，其运行条件日益苛刻，DLC薄膜在高温下（大于200℃）的润滑失效已成为限制其广泛应用的瓶颈。因此，改善DLC薄膜200-600℃的摩擦学特性，提升其高温摩擦学性能，是目前DLC薄膜广泛应用亟待解决的关键问题。本文利用磁控溅射技术在H13钢表面制备了具有Cr过渡层的梯度Si掺杂DLC薄膜，对比研究了其与高Si掺杂及低Si掺杂DLC薄膜室温至500℃范围内的摩擦学行为。研究表明：高Si掺杂DLC薄膜在具有较好的热稳定性，500℃原位高温摩擦实验结果表明由于表面的SiO₂层薄膜的摩擦系数出现较大的波动。梯度掺SiDLC薄膜中Si的分布从基体至表面逐渐减小，靠近基体富Si的结构与过渡层间的物理特性差异较小，同时硬度较高为整体薄膜提供了高的承载能力。表面贫Si结构的DLC薄膜在500℃的原位高温摩擦实验中，摩擦系数低至0.05，磨痕表面表面的第三体主要由较薄膜更无序化的石墨化转移层及C-O-Si键颗粒组成。C-O-Si结构对低摩擦起到重要作用，但形成稳定的C-O-Si键要求DLC薄膜中Si的掺杂不易过高，高Si掺杂薄膜表面将生成不利于摩擦系数减小的SiO₂氧化层，DLC薄膜碳基网状结构也将被严重破坏。