類金剛石（Diamond-like carbon,DLC）薄膜,具有高硬度、高化學(xué)惰性及低摩擦磨損等特性,特別是在一定條件下的超滑特性（摩擦系數(shù)低于0.01）,為真正的近零摩擦和磨損的實現(xiàn)提供了可能性,因此在固體潤滑領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。從元素摻雜種類和鍵合結(jié)構(gòu)特點,概述了DLC薄膜的種類多樣性,歸納了不同DLC薄膜的力學(xué)及摩擦學(xué)特性。通過對比分析不同DLC薄膜在不同環(huán)境條件下的摩擦學(xué)行為,闡述了DLC薄膜超滑實現(xiàn)的環(huán)境敏感性,其中薄膜和環(huán)境中氫原子的作用十分關(guān)鍵,同時提出Si等元素摻雜改善超滑環(huán)境敏感性的可行方案。重點介紹了3種DLC超滑機理——界面鈍化理論、界面石墨化理論以及轉(zhuǎn)移膜形成理論,這三者均具有一定的局限性,如何更深入且全面認識DLC超滑仍是一個科學(xué)難題。最后強調(diào)了先進界面檢測和表征技術(shù)對探秘DLC超滑態(tài)界面組成的重要性,并對今后亟需開展的深入研究方向進行了展望。 

【文章來源】：表面技術(shù). 2020,49(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

a-C:H薄膜（AC8:34%H,AC5:40%H）在超高真空UHV環(huán)境下的摩擦曲線和磨痕光鏡圖[33]

研究者通常利用金屬/非金屬元素摻雜來改善a-C:H在潮濕大氣環(huán)境下的摩擦適應(yīng)性[10,12,19,45]。Chen等[45]合成了不同氫含量的a-C:H:Si薄膜（Si原子數(shù)分數(shù)為8.9%～9.9%），并在潮濕空氣環(huán)境（22%RH）下進行了摩擦實驗（載荷2 N，速度15 cm/s），結(jié)果如圖3所示。研究表明，摻雜Si元素后，a-C:H在潮濕空氣環(huán)境中的摩擦性能明顯得到改善，未摻雜的a-C:H薄膜在潮濕空氣中的摩擦系數(shù)一般大于0.1，而摻雜Si后（原子數(shù)分數(shù)～9%），其在潮濕空氣中經(jīng)歷短時間的跑合后可實現(xiàn)超低的摩擦系數(shù)（小于0.03），而當a-C:H:Si薄膜中的氫的原子數(shù)分數(shù)控制在20%～35%時，其在潮濕空氣中甚至可以實現(xiàn)超滑，如圖3b所示。研究發(fā)現(xiàn)，Si摻雜能夠改善a-C:H在濕度環(huán)境中的摩擦性能，主要是其滑移界面在相互摩擦剪切過程中，能發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)，生成親水的硅氧基團（Si—OH），并吸附著邊界水膜，即形成極易剪切的有序化納米結(jié)構(gòu)滑移界面[20,45]。Koshigan等[12]采用PECVD方法制備了a-C:H:Si:O薄膜，發(fā)現(xiàn)Si和O的摻雜可以明顯改善a-C:H薄膜在氫氣及氧氣環(huán)境下的摩擦性能，但改善效果與環(huán)境條件密切相關(guān)（H2或O2的壓強大于103 Pa時，摩擦系數(shù)明顯下降）。圖3 a-C:H:Si薄膜（Si原子數(shù)分數(shù)為8.9%～9.9%,H原子數(shù)分數(shù)為17%～36%）與SUJ2鋼球?qū)δジ痹诖髿猸h(huán)境下的摩擦行為（濕度(22±2)%RH)[45]

a-C:H:Si薄膜（Si原子數(shù)分數(shù)為8.9%～9.9%,H原子數(shù)分數(shù)為17%～36%）與SUJ2鋼球?qū)δジ痹诖髿猸h(huán)境下的摩擦行為（濕度(22±2)%RH)[45]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]自組織分層金屬摻雜類金剛石薄膜的研究進展[J]. 崔麗,孫麗麗,郭鵬,柯培玲,汪愛英.  表面技術(shù). 2019(11)

碩士論文
[1]低摩擦系數(shù)DLC膜的制備及摩擦性能的研究[D]. 牟魁峰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2006



本文編號：3467644