首先從碳基固體潤滑薄膜的應(yīng)用需求與成本效益出發(fā),探討了研究碳基固體潤滑薄膜的迫切要求和重要意義,然后對類金剛石（DLC）薄膜、類富勒烯（FLC）薄膜及石墨烯薄膜三類最常用的碳基固體潤滑薄膜的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹。其中,重點介紹了DLC薄膜的三種減摩抗磨機(jī)理,探討了摻雜元素改性對DLC薄膜硬度、摩擦系數(shù)和磨損率等多個方面的影響,并指出外部因素（基體材料、過渡層和應(yīng)用環(huán)境等）對DLC薄膜性能的重要作用。探討了摻氫、摻氟和摻氮對FLC薄膜構(gòu)性轉(zhuǎn)變和摩擦學(xué)性能的影響�？傮w來說,氟摻雜導(dǎo)致FLC結(jié)構(gòu)變化,并顯著改變薄膜硬度;摻氮會誘導(dǎo)類富勒烯微結(jié)構(gòu)的增加;摻氫FLC薄膜熱處理后可達(dá)到超潤滑狀態(tài)�？偨Y(jié)了石墨烯薄膜制備工藝的發(fā)展、石墨烯基復(fù)合薄膜的摩擦學(xué)性能和石墨烯薄膜在不同基體材料的應(yīng)用。最后,指出了碳基潤滑薄膜領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵難題,并對未來的研究方向做出了預(yù)測。 

【文章來源】：表面技術(shù). 2020,49(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：17 頁

【部分圖文】：

DLC薄膜摩擦后不同位置的拉曼光譜[4]

通常認(rèn)為，引起碳膜摩擦系數(shù)發(fā)生變化的作用力主要包括π-π鍵、范德華力、靜電吸引力和毛細(xì)作用力[6-7]。DLC薄膜表面的碳原子與最近的三個鍵結(jié)合，但是第四個鍵是自由或懸浮的，在大氣中，這些懸浮鍵通常被水分子、氧、氫終止或鈍化，結(jié)合為化學(xué)鍵和物理鍵。當(dāng)處于高真空，一些吸附物（特別是那些物理結(jié)合的）被解吸，而那些化學(xué)結(jié)合的物種可能仍然留在表面。對這些表面進(jìn)行滑動接觸實驗時，通過機(jī)械磨損或熱脫附（摩擦加熱）去除吸附在頂部表面的物質(zhì)。因此，表面碳原子的強(qiáng)鍵被釋放，并可與滑動界面另一側(cè)的原子進(jìn)行共價鍵相互作用，產(chǎn)生很強(qiáng)的附著力，從而產(chǎn)生高的摩擦力。當(dāng)存在氧、氫和水分子時，薄膜表面碳原子的鍵被鈍化，共價鍵相互作用的程度變得不那么明顯，即使有些鍵暴露出來，也會被吸附分子迅速地重新分解，因此表現(xiàn)為低摩擦（如圖2所示）。與氧環(huán)境中相比，在氫環(huán)境中的摩擦增加更加緩慢，并且相對較小，可能是由于碳與這兩種物質(zhì)之間的鍵強(qiáng)度不同（C—H鍵能為413 kJ/mol,C—O鍵能為358 kJ/mol）。其他學(xué)者也證實了真空中高氫DLC薄膜的低摩擦來源于氫原子對碳原子懸空鍵的鈍化作用，高真空退火脫氫會使摩擦系數(shù)大幅度提高[9]。DLC薄膜在摩擦過程中轉(zhuǎn)移膜的形成主要受對摩副材料硬度的影響。當(dāng)DLC薄膜與高硬度材料組成摩擦副時，在摩擦過程中，會由類金剛石結(jié)構(gòu)相變?yōu)椴欢ㄐ翁迹皇鞘�，不定形碳又會向�(qū)δΩ鞭D(zhuǎn)移形成轉(zhuǎn)移膜，降低摩擦系數(shù)[10]。然而，轉(zhuǎn)移膜也可能來源于石墨化后的轉(zhuǎn)移（如圖3所示）[11]。C.Bindal[12]對滑動摩擦進(jìn)行觀測也得到了相似結(jié)果，在過渡層觀察到了石墨/不定形碳結(jié)構(gòu)，較高摩擦速度縮短了達(dá)到低穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)的時間，這歸因于石墨的形成。

DLC薄膜在摩擦過程中轉(zhuǎn)移膜的形成主要受對摩副材料硬度的影響。當(dāng)DLC薄膜與高硬度材料組成摩擦副時，在摩擦過程中，會由類金剛石結(jié)構(gòu)相變?yōu)椴欢ㄐ翁迹皇鞘�，不定形碳又會向�(qū)δΩ鞭D(zhuǎn)移形成轉(zhuǎn)移膜，降低摩擦系數(shù)[10]。然而，轉(zhuǎn)移膜也可能來源于石墨化后的轉(zhuǎn)移（如圖3所示）[11]。C.Bindal[12]對滑動摩擦進(jìn)行觀測也得到了相似結(jié)果，在過渡層觀察到了石墨/不定形碳結(jié)構(gòu)，較高摩擦速度縮短了達(dá)到低穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)的時間，這歸因于石墨的形成。1.2 元素?fù)诫s對DLC薄膜摩擦學(xué)性能的影響


本文編號：3099134