工艺条件对类金刚石薄膜在不同介质环境下摩擦学性能的影响研究
我国类金刚石薄膜主要制备技术及研究现状
• 5.医疗设备和器具：手术刀片，手术剪， 心脏瓣膜，人工关节，血管支架。 • 6.内燃机工业：燃料喷射系统（气门挺杆， 柱塞，喷油嘴），动力传动系统（齿轮 轴 承 凸轮轴），活塞部件（活塞环，活塞 销），门扣锁，内饰。 • 7.娱乐健身：扬声器振膜，移动硬盘，光 盘，高尔夫球具，自行车部件，剃须刀片。 • 8.光学：红外增透膜，减反射膜，玻璃镀 膜，镜片镀膜，亚克力镀膜，保护膜。 • 9.装饰镀膜：手机外壳，高档手表，室内 外五金卫浴产品，饰品。 • 10.航空航天 ：飞机，导弹整流罩镀膜， 卫星，太阳能电池镀膜。
激光法制备DLC膜的发展趋势
• DLC膜的沉积方法可分为物理沉积法和 化学沉积法两大类。化学沉积法已十分成 熟，但由于化学法沉积的DLC膜必然含氢， 导致膜层化学稳定性、热稳定性、硬度、 附着力较差。此外，化学法均需要在高温 下(>400oC)沉积，对于不耐高温的材料(如 玻璃、硫化锌等)无法在上面镀DLC膜；对 于耐高温的材料，虽然化学法可以镀膜， 但由于DLC膜热膨胀系数很小，和衬底热膨 胀系数差异大，沉积完成后，膜内部会产 生较大的热应力，甚至导致薄膜起皮、剥 落。因此，世界各国近年来都在积极开展 可以制备无氢DLC膜的物理沉积法研究。
我国类金刚石薄膜主要制备技 术及研究现状
汇报人：王培东 指导老师：胡鹏飞
主要内容
一、类金刚石薄膜介绍 二、类金刚石薄膜制备技术 三、类金刚石薄膜应用 四、类金刚石薄膜应用展望
一、类金刚石薄膜介绍
• 类金刚石薄膜(DiamondLike Carbon)是金刚石 的sp3杂化和石墨sp2杂 化两种结合键作为骨架 构成的非晶态碳膜，简 单地讲，由纳米级的金 刚石和碳混合形成，金 刚石占20%-80%。由sp3 结合的金刚石和sp2结合 的石墨与H(氢)组成的三 元相图右图：
不同的环境中的类金刚石碳薄膜的摩擦
不同的环境中的类金刚石碳薄膜的摩擦摘要类金刚石碳薄模构成了一种新型的材料，这种材料具有大量的组合物与广泛的特性和性能。
一般地说，这些模的磨损特性更为有趣，在不同的条件和环境下，磨损特性都会发生很大的变化。
这篇论文中，在高真空条件下，加入各种气体，做了一些列的模拟实验来验证不同的测试环境对三层类金刚石碳薄模的影响。
具体地研究了由阴极电弧法制作的无氢模和由等离子体增强化学气相沉积法制作的两个高度氢化模的行为。
在载荷为1N旋转频率恒定的条件下进行测试，这些实验中，平面和球都涂有类金刚石碳薄模。
具有低背景压力，在10-6 Pa范围内高度氢化薄膜的摩擦系数小于0.01，而无氢膜的摩擦系数为大约0.6。
在实验环境中加入氧气或者二氧化碳在一定程度上会改变摩擦系数。
然而，在实验容器中加入水蒸气会导致大的改变：有无氢模的样品摩擦系数大幅降低，而其中一个有高度氢化模的样品摩擦系数略有增加。
实验结果显示，水分子在类金刚石碳薄模的摩擦特性中起着重要作用——尤其是对无氢模，但对高度氢化模影响不大。
一、前言超滑和无磨损的干摩擦滑动条件通常被希望能运用在运动的机器组件上（MMAS：他们主要有MEMS器件，空间的机制组件，或普通轴颈轴承），但很不幸的是很少能实现。
正如人们可以设想，几乎无摩擦和无磨损滑动意义是十分巨大的。
机械部件的耐磨寿命较长，就意味着减少了维护，提高可靠性，降低能源消耗。
在本文中，我们将使用碳基薄膜在真空中几乎无摩擦，无磨损滑动的性能。
早期的实验已经证实，在惰性气体环境中的该膜是能够使得滑动钢和陶瓷接口摩擦和磨损系数范围分别在0.001-0.005和10-11到10-10 mm3/Nm。
目前存在一些其他的材料和涂料，可以提供超级低摩擦。
例如，MoS2和WS2在不存在明显的水汽的条件下可以使得摩擦系数小于0.01。
因此在潮湿的空气中，它们要想使用较长的一段时间几乎是不可能的。
这些材料被用于航空航天应用中的，即滚动元件轴承，滑动轴承以及致动器齿轮等[4]。
金刚石薄膜的性质、制备及应用
金刚石薄膜的性质、制备及应用金刚石薄膜因其独特的物理、化学性质而备受。
作为一种具有高硬度、高熔点、优良光学和电学性能的材料，金刚石薄膜在许多领域具有广泛的应用前景。
本文将详细探讨金刚石薄膜的性质、制备方法以及在各个领域中的应用，旨在为相关领域的研究提供参考和借鉴。
金刚石薄膜具有许多优异的物理和化学性质。
金刚石是已知的世界上最硬的物质，其硬度远高于其他天然矿物。
金刚石的熔点高达3550℃，远高于其他碳材料。
金刚石还具有优良的光学和电学性能。
其透明度较高，可用于制造高效光电设备。
同时，金刚石具有优异的热导率和电绝缘性能，使其在高温和强电场环境下具有广泛的应用潜力。
制备金刚石薄膜的方法主要有物理法、化学法和电子束物理法等。
物理法包括热解吸和化学气相沉积等，可制备高纯度、高质量的金刚石薄膜。
化学法主要包括有机化学气相沉积和溶液法等，具有沉积速率快、设备简单等优点。
电子束物理法是一种较为新兴的方法，具有较高的沉积速率和良好的薄膜质量。
各种方法的优劣和适用范围因具体应用场景而异，需根据实际需求进行选择。
光电领域：金刚石薄膜具有优良的光学性能，可用于制造高效光电设备。
例如，利用金刚石薄膜制造的太阳能电池可将更多的光能转化为电能。
金刚石薄膜还可用于制造高品质的激光器、光电探测器和光学窗口等。
高温领域：金刚石的熔点高达3550℃，使其在高温环境下具有广泛的应用潜力。
例如，金刚石薄膜可应用于高温炉的制造，提高炉具的耐高温性能和加热效率。
金刚石薄膜还可用于制造高温传感器和热电偶等。
高压力领域：金刚石具有很高的硬度，使其在高压环境下保持稳定。
因此，金刚石薄膜可应用于高压设备的制造，如高压泵、超高压测试仪器等。
金刚石薄膜还可用于制造高精度的光学镜头和机械零件等。
本文对金刚石薄膜的性质、制备及应用进行了详细的探讨。
作为一种具有高硬度、高熔点、优良光学和电学性能的材料，金刚石薄膜在光电、高温、高压力等领域具有广泛的应用前景。
类金刚石薄膜摩擦学性能研究现状
关键词 ： 类金 刚石薄膜 ； 摩擦 学性能 ； 热稳定性 ； 内应力 ； 掺杂； 多层膜
１栩谜 梯度 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜。研究得出 ｗ掺杂梯度复合薄膜磨损率小于 ５ ２ ０ ｍ ３ ， ｓ ， 类金刚石稻 Ｌ Ｑ 系列含有 ｓ Ｐ ２ 键和 ｓ ｐ键非晶碳膜物质的总 明显改善 了样 品的抗磨损性 能 ， 且随着 ｗ 靶终 端电流的增大 ， 薄膜 称， 具有优异的机械陛能， 其较低的摩擦系数和磨损量使之成为一种理想 的磨损率逐渐变小 。马胜哥 、 于大洋等利用 中频孪生靶非平衡磁 控 溅射制备 了 Ｃ ｒ ＋ Ｔ ｉ ＋ Ｔ ｉ Ｎ Ｃ ＋ Ｔ ｉ Ｎ Ｃ ＋ Ｃ ／ Ｄ Ｌ Ｃ多层 硬质膜 。研 究表 明薄 膜 研究表明亚稳态的类金冈 ｌ 尊 膜处于热力学非平衡状态 ，其原子徘 为多层膜结构且各层之 间的元素呈梯度变化 ， 薄膜层 的显微 硬度 可 列表现为短程有序而长程无序， Ｔ Ｐ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ 两相模型和 Ｆ Ｃ Ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ 完全约 以达 到 Ｈ Ｖ ２ ０ ０ ０以上 ， 大大 提高 了 Ｄ Ｌ Ｃ膜与基体的结合力。 束网络椟基 猢 较为广泛的两种 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜模型目 。Ｄ Ｌ Ｃ薄膜中碳原子 ２ ２ 离子束沉积制备 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜 之问以共价键ｆ 日 结合， 含量较少的 Ｓ Ｐ 可以忽略不计 ， 因此 Ｄ Ｌ Ｃ 膜 的ｆ 生 质 离子束沉积具有良好的工艺可控陛， 沉积温度较低。 通过多种离子束 由Ｓ Ｐ ２ 和ｓ Ｐ ３ 的相对含量 泱定 ，因世 同工艺力怯 制备的 Ｄ Ｌ Ｃ膜的陛 沉积技术在 Ｄ Ｌ Ｃ膜 中添加其他元素可以制备多层 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜用 以提高 能ｌ 氆 所不同。 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜具有优良的物理化学 陛能， 其中包括高硬度和 Ｄ Ｌ Ｃ膜与基体的结合强度并改善薄膜的热稳定性。离子束辅助沉积法是 弹 陆漠量 、 低摩擦系数 、 高耐磨Ｉ 生、 高导热率 、 高电阻率、 良好的光学透过 以离子束沉积技术为基础 ， 在电子束蒸发沉积或离子束溅身 寸 移 Ｃ 积的同时 性、 化学隋性以及良好的生物相容眭等。 目前主要应用于机械 、 电子、 光学、 以高能离子束轰击沉积膜的生长表面用来提供形成 Ｄ Ｌ Ｃ膜的能量 。 离子 医学等领域。低摩擦系数是 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜极其重要的性能 ，研究人员关于 体增强气相沉积是以碳氢气体为碳源的辉光放电沉积技术，通常采用甲 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜的研究也大多集中在摩擦学领域 烷、 乙烷、 乙炔 、 苯、 丁烷作为碳源 ， 因而制得的 Ｄ Ｌ Ｃ膜都 定的氢。 ２ ＤＬ Ｃ薄膜制备及应用 朱宏等 人 使 用 源低能离子束辅助沉积方法制备了 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜， 薄膜 Ｄ Ｌ Ｃ薄嗅制备技术的研究开始于＝十世纪七十年代。离子束沉积技 中的碳原子主要以 Ｓ ｐ ２ 一 Ｃ的形式存在。研多 表明单携｝ ｆ 氐 能离子竦 泐 沉 术是最早用于制备薄膜的方法 ， １ ９ ７ １ 年Ａ ｉ ｓ ｅ ｎ ｂ ｅ ｒ ｇ和 Ｃ ｈ ａ Ｊ ） ｏ 谌刁 生 积的类金刚石薄膜摩撩眭能好、 硬度高 、 薄膜与基体结合力较高。薄膜的 室温下制备了绝缘的碳膜 ， 命 名为 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜 ， 并开始尝试用其构造薄膜 硬度随致密度｝ 勤Ⅱ 而增大 ， 寿命与其硬度基本成正比。薄膜与基体的结合 晶体管。随后 Ｓ ｐ ｅ ｎ ｃ ｅ ｒ 等人利用离子束增强沉积法制备了 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜并展 力达到某一定值后对其摩擦幽 的影响不大 ， 开了研究 。二十世纪七十年代后期研究 人员开始分别用直流和高频放电 撩 陛能有一定的影响。在制备的薄膜样品中， 以离子能量 １ ２ ０ ０ ｅ ｖ 时沉积 制得 ＤＬ Ｃ薄膜。 目 前磁控溅射技术已成为最常用的制备工艺。 样品的摩擦性能最好 ，适合用 Ｄ Ｌ Ｃ膜在生长过程 中由于薄膜与基体的物化 陛能不匹配会产生较 合。汤文杰、 张跃飞等采用等离子 仓 为等离子体聚合装置， 以甲烷为单 大的内应力， 限制了薄膜的厚度。 通 携练 ． 薄膜中添加金属耍 险 体 ， 氩气为工作气体在单晶硅片上沉积了 Ｄ Ｌ Ｃ 薄膜 ， 并对其获得的 Ｄ Ｌ Ｃ 属元素（ 如Ｔ ｉ 、 Ｃ ｒ 等） 可以 有效的降低薄膜内 应力。 另外 ， 当薄膜使用温度 薄膜的摩擦学性能进行了研究 ，认为薄膜极低的摩擦系数是氢含量较高 高于 ２ ５ ０ ￣ Ｃ 时易于发生石墨化影响其摩擦学陛能的应用， 通过多层膜技术 以及碳原子以ｓ Ｐ ３ 形式有 所 引起的。 Ｅ ｒ ｄ ｅ ｍ ｉ ｒ 等研究了离子 噌强化学 制备掺杂其他元素的多层 Ｄ Ｌ Ｃ膜可以有效 的改善薄膜的热稳定性。 ２ １ 磁控溅射制备 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜 度Ｒ Ｈ ＝ ５ ％－ ５ ０ ％的大气环境下 ， ＤＬ Ｃ 膜的摩擦系数会随着载荷的增大而 作为 Ｄ Ｌ Ｃ膜常用制备方法的磁控溅射技术具有沉积温度低、 沉积面 呈现出降低的趋势。这是由于 Ｄ Ｌ Ｃ膜在高载荷下更易发生石墨化转变 ， 积大等优 点，在一定程度 匕 符合工业生产的需要。通过磁控溅射技术在 在摩擦副表面形成转移膜 ， ６ ｌ 而使 曷部区域的润滑陆自 导 到改善。解志文 Ｄ Ｌ Ｃ膜中添加多种金属或者非金属元素可降低 Ｄ Ｌ Ｃ膜的内应力同时改 等采用等离子体沉积技术在 Ｇ Ｃ ｒ ｌ ５ 和２ Ｃ ｒ １ ３ 钢基体表面合成了 Ｔ ｉ ／ Ｄ Ｌ Ｃ 善薄膜的热稳定 陛。 磁控溅射技术以石墨为碳源， 以情 陛气体离子溅射石 和 Ｗ／ Ｄ Ｌ Ｃ纳米多层膜并分析了其摩擦学性能。 研究表明多层膜结构有效 墨靶产生碳原子和碳离子 ， 进而再基体表面沉积形成 Ｄ Ｌ Ｃ膜。通 ＾ 气体 地改善了 Ｄ Ｌ Ｃ膜和软基体的结合自 旨 力， 薄膜睡 彗 能好、 磨损量少 目 薄膜 为Ａ ｒ 和烷 气体） ｝ 昆 合气时还可获得含氢的Ｄ Ｌ Ｃ 膜。 的硬度和弹 幽 封 氐 。 赵之明采用磁控溅射技术用射频、 直流溅射法在 单晶硅片 、 抛光不锈 ２ ３ 真空阴极电弧沉积法市 备Ｄ Ｌ Ｃ薄膜 钢片、 玻璃基底表面制备了 Ｄ Ｌ Ｃ膜。 真空阴极电弧沉积设备简单 、 离化率大且沉积速率高 。 通过 瓜 装置 表面粗糙度低于直流磁控溅射制备的薄膜，并 目直流磁控溅射制备的薄 引燃电弧 ， 在电源的维持和磁场的推动下电弧在靶面游动， 电弧所经 披 联９ 挛擦系势 Ｌ 较低。张以忱、 巴德纠搀 研究 ＾ 员采用 中频磁姥 弛ｉ 于 沉 ≯ ｛ ｛ 导 碳被蒸发并离化进而沉积得到薄膜。西南交通大学材料工程学院徐禄祥、 到Ｄ Ｌ Ｃ复合薄膜并对其孪擦学性能进行了研究。 研究表明 Ｄ Ｌ Ｃ ／ Ｔ ｉ Ａ １ Ｎ薄 孙永 春等用磁过滤脉冲真空弧沉积技术在不 膜的耐磨眭要好于Ｔ ｉ Ａ １ Ｎ薄膜和 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜， Ｄ Ｌ Ｃ ／ Ｔ ｉ Ａ １ Ｎ薄膜的耐腐蚀胜 使得不锈钢表 面耐磨ｌ 生大幅压 ￡ 提高。 能略好于 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜。 孙丽丽等利用线 胜离子束混合磁控溅射技术在硅基 曾志翔采 用真空阴极电弧沉积法制备 了含氢 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜， 并对其在真 底上制备 Ｃ ｒ 过渡层和 ｃ ｒ 掺杂 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜。研究发现增加 ｃ ｒ 过渡层或在 空和氮气中的摩擦学Ｉ 生 能进行研究 ， 发现 Ｄ Ｌ Ｃ Ｄ Ｌ Ｃ薄膜中掺杂 ｃ ｒ 后薄膜的内应力明显 良小， 同时薄膜的附着力和摩擦 数的大小关系为低真空 ＞空气 ＞ 干燥空气 ＞ 氮气， Ｎ ： 是保持低摩擦系数 性能得到了 明显的改善。 杨雨时等利用磁控溅射和 Ｐ Ｅ Ｃ Ｖ Ｄ 相结合的复合 因素，气氛中 Ｈ ： ０ 、 ０ ： 则会增大 Ｄ Ｌ Ｃ 薄膜的 沉积技术， 制备了 Ｗ— Ｄ Ｌ Ｃ薄膜。 研究发现对于 Ｗ— Ｄ Ｌ Ｃ薄膜 的工 摩擦系数。 艺条件下， 均可制备出厚度超过 ５ ｍ的薄膜。选择合适的工艺参数和钨 ３ ＤＬ Ｏ薄膜摩擦学应用展望 的掺杂比冽， 可以有效地提高薄膜的硬度， 降低薄膜的内 应力和磨损率并 固体润滑剂的出现 ， 既弥补了流体及半流体润滑剂（ 如润滑油 、 润滑 减小薄膜的摩擦系数。杨义勇用离子束辅助非 脂） 不能再苛刻条件下有
DLC_基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望
表面技术第53卷第8期DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望汤鑫1，王静静1*，李伟1，胡月1，鲁志斌2，张广安2（1.上海理工大学 材料与化学学院，上海 200093；2.中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室，兰州 730000）摘要：类金刚石（DLC）薄膜是一种良好的固体润滑剂，能够有效延长机械零件、工具的使用寿命。
DLC 基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点，薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合，能从多个角度（如高温、硬度、润滑）进行设计来提升薄膜力学性能、摩擦学性能以及耐腐蚀性能等。
综述了DLC多层薄膜的设计目的与研究进展，以金属/DLC基纳米多层膜、金属氮化物/DLC基纳米多层膜、金属硫化物/DLC基纳米多层膜以及其他DLC基纳米多层膜为主，对早期研究成果及现在的研究方向进行了概述。
介绍了以上几种DLC基纳米多层膜的现有设计思路（形成纳米晶/非晶复合结构、软/硬交替沉积，诱导转移膜形成，实现非公度接触）。
随后对摩擦机理进行了分析总结：1）层与层间形成特殊过渡层，提高了结合力；2）软/硬的多层交替设计，可以抵抗应力松弛和裂纹偏转；3）高接触应力和催化作用下诱导DLC中的sp3向sp2转化，形成高度有序的转移膜，从而实现非公度接触。
最后对DLC基纳米多层膜的未来发展进行了展望。
关键词：DLC基纳米多层膜；力学性能；摩擦学性能；摩擦机理；结构中图分类号：TH117.1；TH142.2文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)08-0052-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.08.005Research Progress and Prospects on Tribological Propertiesof DLC Based Nano-multilayer FilmsTANG Xin1, WANG Jingjing1*, LI Wei1, HU Yue1, LU Zhibin2, ZHANG Guang'an2(1. School of Materials and Chemistry, Shanghai University of Technology, Shanghai 200093, China; 2. State Key Laboratory ofSolid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China)ABSTRACT: Friction and wear can cause surface damage of materials, especially metal materials, and shorten the service life of work pieces. DLC (diamond-like carbon) is an amorphous carbon film composed of mixed structures, usually formed by the mixture of sp2 carbon and sp3 carbon. With high hardness, low friction coefficient, good chemical inertness and biocompatibility, DLC is a kind of film with great potential, which has a wide range of applications in mechanical, electrical, biomedical engineering and other fields. Its super-hard, wear-resistant and self-lubricating properties meet the technical requirements of the modern manufacturing industry. It is widely used as solid lubricant for the surfaces of contact parts that rub against each other.收稿日期：2023-05-08；修订日期：2023-10-12Received：2023-05-08；Revised：2023-10-12基金项目：中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室开放课题（LSL-2205）；上海高校青年教师培养资助计划Fund：Open Project of State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences (LSL-2205); Shanghai University Youth Teacher Training Assistance Program引文格式：汤鑫, 王静静, 李伟, 等. DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望[J]. 表面技术, 2024, 53(8): 52-62.TANG Xin, WANG Jingjing, LI Wei, et al. Research Progress and Prospects on Tribological Properties of DLC Based Nano-multilayer Films[J]. Surface Technology, 2024, 53(8): 52-62.*通信作者（Corresponding author）第53卷第8期汤鑫，等：DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望·53·Compared with single-layer DLC films with single component, DLC based nano-multilayer films with alternating layers of two or more components can improve the mechanical and tribological properties better, which is due to that different layers in the nano-multilayer films have different combinations of physical and chemical properties. Therefore, it can be designed from many aspects (such as high temperature, hardness, lubrication, and corrosion) to improve the mechanical properties, tribological properties and corrosion resistance of the films. Usually, the nano-multilayer films have good impact resistance and plastic deformation resistance ability, which can effectively inhibit the formation and propagation of cracks, and have a good cycle service life under high load conditions.In this paper, DLC based nano-multilayer films were systematically reviewed, including metal/DLC based nano-multilayer films, metal nitride/DLC based nano-multilayer films, metal sulfide/DLC based nano-multilayer films and other DLC based nanolayer films. Firstly, the design background and concept of DLC multilayer thin films were elaborated. The design idea of multilayer films was to form a gradient mixing interface between multilayers to achieve gradient changes in composition and properties. This multilayer structure could produce unique structural effects, which could effectively reduce various stresses generated during the friction process, and significantly improved the adhesion strength between film and substrate and the overall elastic modulus of the film, which had important significance for the structure evolution of DLC based nano-multilayer films and the interface action mechanism. Then, the friction mechanisms were summarized. The main friction mechanisms of DLC multilayer films were concluded as follows: 1) The nanocrystalline/amorphous structure was formed, which improved the binding force between the layers and reduced the shear force and friction force; 2) The soft/hard multilayer alternating design resisted stress relaxation and crack deflection; 3) Under the action of pressure, the amorphous carbon layer was induced to forma two-dimensional layered structure to achieve incommensurate contact and effectively reduce friction and wear. Finally, thefuture development of DLC-based nano-multilayer films was forecasted. To improve the tribological properties of DLC composite films under extreme, varied and complex conditions, it is necessary to carry out researches from multiple perspectives: 1) Establishing a multi-material system, which combines doping and multilayer gradient design; 2) Regulating the crystal growth rate and increasing the deposition rate and density of the films by multi-technology co-preparation;3) Establishing a more scientific model to study the friction mechanism of DLC.KEY WORDS: DLC based nano-multilayer films; mechanical properties; tribological properties; friction mechanism; structure摩擦磨损现象广泛存在于机械零件的直接接触中，如机械传动、齿轮咬合。
类金刚石薄膜 球盘法测试类金刚石薄膜的摩擦磨损性能-最新国标
类金刚石薄膜球盘法测试类金刚石薄膜的摩擦磨损性能1范围本文件为类金刚石（DLC）薄膜的摩擦系数和比磨损率的测定规定了流程并提供了指导。
该方法规定材料在干燥条件下，采用球对盘结构配副进行测试。
本文件不适用于DLC薄膜涂层的部件在润滑环境下的测试。
2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T1182，产品几何技术规范（GPS）—几何公差-形状、方向、位置和跳动公差（GB/T1182-2018，ISO1101，MOD）GB/T6062，产品几何技术规范（GPS）—表面结构：轮廓法—接触（触针）式仪器的标称特性（GB/T 6062-2009，ISO3274，IDT）GB/T308.1，滚动轴承—球—第1部分：钢球（GB/T308.1-2013，ISO ISO3290-1，NEQ）GB/T308.2，滚动轴承—滚珠—第2部分：陶瓷滚珠（GB/T308.2-2010，ISO3290-2，IDT）ISO3611，产品几何技术规范（GPS）—尺寸测量设备：外部测量用千分尺-设计和计量特性GB/T10610，产品几何技术规范（GPS）—表面结构：轮廓法表面结构—术语，定义及参数（GB/T 10610-2009，ISO4287，IDT）ISO13385-1，产品几何技术规范（GPS）—尺寸测量设备—第1部分：卡尺；设计和计量特性ISO80000-1:2009，量和单位—第1部分：总则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
磨损Wear固体材料由于与一种或多种材料接触发生相对运动，其表面质量逐渐减少的过程。
磨损测试Wear Test滑动接触中材料摩擦磨损性能的评价方法。
球盘试验法Ball-on-disc Method在一定载荷下，将球形试样接触到旋转的圆盘试样上，从而产生滑动接触的磨损试验。
基底对类金刚石薄膜摩擦学性能的影响
基底对类金刚石薄膜摩擦学性能的影响张仁辉;赵娟【摘要】为了研究不同基底对类金刚石薄膜摩擦磨损性能的影响,采用等离子体增强化学气相沉积方法在高速钢、SiC和304不锈钢基底上成功制备了类金刚石薄膜.采用SEM,TEM,Raman测试手段对膜层的微结构进行了表征:SEM表征结果显示膜层总厚度约为6.5 μm,而且层与层之间有明显的界面;TEM表征结果显示沉积的膜层为无定型结构;Raman光谱分析显示沉积的薄膜存在明显的G峰和D峰,可以确定沉积的薄膜为类金刚石薄膜.摩擦测试结果显示,基底对类金刚石薄膜摩擦磨损性能具有显著影响,对于不同基底,钢球对偶上均存在明显的转移膜,高速钢基底的磨痕宽度最小,而且沉积在高速钢基底上的类金刚石薄膜具有最低的磨损率,摩擦系数约为0.1.采用Raman光谱对不同基底磨痕表面微结构进行了分析,认为高速钢基底具有最低磨损率可归因于其磨痕的石墨化程度低.研究可为制备具有优异摩擦磨损性能的类金钢石薄膜提供参考.%In order to well investigate the effect of different substrates on the friction and wear of diamond-like carbon (DLC) coating, the DLC coatings are deposited on substrates like the high-speed steel (HSS), SiC and 304 stainless steel by using plasma enhanced chemical vapor deposition method.The diamond-like carbon is prepared.The microstructure of the coatings is characterized using SEM, TEM and Raman.The SEM results exhibit that the total thickness of the coatings is about 6.5 μm, and there''s apparent interfaces between layers.The TEM results imply that the coatings have an amorphous structure.Raman spectrum exhibits that G and D peaks are observed, which implies that the deposition coatings are diamond-like carbon coating.The results oftribological tests show that the substrates have a significant effect on the friction and wear of the coating.For different substrates, the transfer film is found on the steel counterpart surface, the wear track of the HSS has a lowest width, and the DLC coating that deposited on HSS exhibits the lowest wear and low friction coefficient (about 0.1).The microstructure of different substrates wear track surfaces is analyzed by using Raman spectrum, and the lowest wear of the HSS is attributed to the lower degree of the graphitization.The research provides reference for preparing the DLC coating with excellent tribological properties.【期刊名称】《河北科技大学学报》【年(卷),期】2017(038)003【总页数】5页(P244-248)【关键词】摩擦学;摩擦系数;类金刚石;Raman;SEM;TEM【作者】张仁辉;赵娟【作者单位】铜仁学院材料与化学工程学院,贵州铜仁 554300;铜仁学院材料与化学工程学院,贵州铜仁 554300【正文语种】中文【中图分类】O646众所周知，类金刚石薄膜具有优异的摩擦磨损性能[1-3]，这主要归因于其高硬度和高化学惰性。
类金刚石薄膜制备及应用综述
类金刚石薄膜制备及应用综述类金刚石薄膜是一种由金刚石晶体颗粒组成的薄膜，具有很高的硬度、优异的化学稳定性和良好的导热性能，因而在许多领域具有广泛的应用前景。
本文将对类金刚石薄膜的制备方法和应用进行综述。
制备方法方面，目前主要有化学气相沉积（CVD）法、物理气相沉积（PVD）法和磁控溅射（MS）法等。
其中，CVD法是最常用的制备方法之一。
它通过在合适的基底上，利用热解反应使前驱物（如丙烯酸甲酯）分解产生碳源，并在高温下使碳源与金属催化剂（如镍或铁）相互作用，最终沉积出类金刚石薄膜。
CVD法具有制备工艺简单、成本低廉等优点。
另外，PVD法和MS法也能制备出类金刚石薄膜，但相对于CVD法，它们的制备过程更加复杂，成本也更高。
类金刚石薄膜的应用领域广泛。
首先，它在电子学领域中有着重要的应用。
由于类金刚石薄膜的高导热性和优异的机械性能，可以用于制作高功率晶体管和高频振荡器等器件，提高其散热效能和稳定性。
其次，类金刚石薄膜还可以应用于光学领域。
由于其低散射和高透明性，可以用于制作光学镜片和涂层，提高光学设备的性能。
此外，类金刚石薄膜还可用于制作生物传感器和医疗器械等领域，发挥其优异的化学稳定性和生物相容性。
尽管类金刚石薄膜具有广泛的应用前景，但目前仍面临一些挑战。
首先，类金刚石薄膜的制备方法需要进一步优化，以提高其制备效率和质量。
其次，目前的制备方法成本较高，需要进一步降低制备成本，以推动其产业化进程。
另外，类金刚石薄膜的表面粗糙度和结晶质量也需要进一步改善，以满足不同领域的需求。
综上所述，类金刚石薄膜作为一种具有优异性能的材料，在电子学、光学和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
随着制备技术的不断发展和改进，相信类金刚石薄膜将在更多领域发挥其独特的优势。
超厚类金刚石薄膜的制备及其摩擦学性能研究
超厚类金刚石薄膜的制备及其摩擦学性能研究超厚类金刚石薄膜的制备及其摩擦学性能研究摘要：超厚类金刚石薄膜作为硬度极高、耐磨损的材料，在摩擦学领域具备广阔的应用前景。
本文通过介绍超厚类金刚石薄膜的制备方法，重点探讨了其在摩擦学性能方面的研究进展。
研究结果表明，超厚类金刚石薄膜具有极高的硬度和耐磨性，具备优异的摩擦学性能。
其中，薄膜制备过程中的气氛控制、衬底条件、沉积速率等因素对薄膜质量和性能有着重要影响。
此外，超厚类金刚石薄膜在摩擦实验中的摩擦系数、磨损率以及润滑性能也受到多种因素的影响，包括润滑剂的选择、工作环境和应变率等。
综上所述，超厚类金刚石薄膜的制备及其摩擦学性能研究为发展高性能润滑材料和提高机械设备寿命提供了基础和指导。
关键词：超厚类金刚石薄膜；制备方法；摩擦学性能；气氛控制；润滑性能1. 引言超厚类金刚石薄膜是指薄膜的厚度可以达到数十个纳米乃至更厚的一种纳米薄膜材料。
由于其具有硬度极高、磨损性能优异等特点，被广泛应用于摩擦学领域，如高精密机械设备的摩擦副材料、润滑材料等。
因此，超厚类金刚石薄膜的制备方法研究以及对其摩擦学性能的深入研究具有重要意义。
2. 超厚类金刚石薄膜的制备方法超厚类金刚石薄膜的制备方法主要包括化学气相沉积法（CVD）和物理气相沉积法（PVD）等。
CVD法是将碳源气体与反应气体在高温条件下反应生成金刚石薄膜的方法，其中常用的碳源气体有甲烷、乙炔等。
PVD法主要通过物理蒸发或溅射的方式使金刚石原料在高真空环境下冷凝形成薄膜。
目前，这些方法已经得到了广泛应用，并通过不断改进来提高薄膜的质量和厚度。
3. 超厚类金刚石薄膜的摩擦学性能研究超厚类金刚石薄膜在摩擦学性能方面表现出优异的特点。
首先，超高硬度使其在摩擦副材料中具有优异的耐磨性能；其次，由于薄膜结构致密且无缺陷，其摩擦系数通常较低，能够减少摩擦损失；此外，超厚类金刚石薄膜表面平整且具有较强的润湿性，可以提高润滑效果。
因此，超厚类金刚石薄膜在摩擦学领域有广泛应用前景。
金刚石涂层的制备及其性能研究
金刚石涂层的制备及其性能研究金刚石被认为是最坚硬的天然物质，它的硬度高达10，具有非常出色的抗磨损、耐腐蚀、导热性能等特点。
近年来，研究人员通过涂层技术实现了金刚石薄膜的制备，这种金刚石涂层具有优异的磨损性能，被广泛地应用于航空航天、机械制造、电子信息和生物医学等领域。
一、金刚石涂层的制备方法制备金刚石涂层的方法主要有化学气相沉积法、物理气相沉积法和电化学沉积法等。
其中，化学气相沉积法应用最为广泛，该方法利用一种特殊的气氛，将金属和碳源在高温、高压条件下反应，生成石墨烯等碳物质，再在模板上石墨烯表面再行活化，得到金刚石薄膜。
此外，物理气相沉积法与化学气相沉积法不同之处在于利用物理击中法制造金刚石薄膜，常用的制备方法为磨损法、熔融法等，最后得到的金刚石涂层厚度较厚。
二、金刚石涂层的性能研究1. 硬度性能金刚石涂层具有极高的硬度（18-50 GPa），能够有效抵抗磨损和划伤。
磨损实验结果表明，金刚石涂层的耐磨性能是普通材料的几千倍，可以有效地延长机械设备的使用寿命。
同时，金刚石涂层具有很好的化学稳定性和高温稳定性，能够适应复杂恶劣的使用环境。
2. 生物兼容性金刚石涂层具有良好的生物兼容性，可以被用于生物医学领域。
一个典型的例子是生物医学微电极，由于其小巧、灵敏和可靠的特点，成为体内电生理学和神经科学研究的重要手段。
金刚石涂层作为电极表面的材料，可以减少组织带来的反应，使电信号传输更加稳定和可靠。
3. 导电性能金刚石涂层本身不导电，但在一定条件下，可以加工后部分或全部导电，这种导电特性称为金刚石薄膜的“金属化”。
由于金刚石涂层是通过化学气相沉积或物理气相沉积法等高温过程制备而成的，在制备过程中可以控制其导电性能，从而应用于电子行业。
此外，金刚石涂层还具有良好的热导和导热性能，使其被广泛应用于制造热管理产品。
三、金刚石涂层的应用领域金刚石涂层具有高硬度、耐磨损、高温稳定性、优异的生物兼容性和导热性能等特点，被广泛地应用于航空航天、机械制造、电子信息和生物医学等领域。
硬质合金基体金刚石薄膜摩擦学性能的探究
硬质合金基体金刚石薄膜摩擦学性能的探究硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物(WC、TiC等)微米级粉末,并通过Co 等较软金属为黏结剂烧结而成的一种合金,具有高韧性、高硬度、良好的热稳定性等优良特性,在耐磨和低粗糙度加工方面应用非常广泛,为制造刀具的理想材料。
传统硬质合金刀具在高速切削过程中,随着切削速度的加快,刀具温度随之升高,温度升高会导致硬质合金硬度降低,最终会影响加工零件的精度。
随着硬质难加工材料在精细加工领域越来越多的应用,如汽车、航空航天、集成电路板卡等,传统的硬质合金刀具已经很难满足加工的精度要求。
如何对刀具表面进行强化以提高其使用寿命并扩大其应用范围,成为一个亟待解决的问题。
CVD金刚石薄膜因具有天然金刚石的高硬度、低摩擦系数等优异的性能而被誉为21世纪最具发展前途的新型工具涂层材料,适用于高硅铝合金、金属基复合材料、工程陶瓷、纤维增强塑料等难加工材料的切削加工。
CVD金刚石薄膜材料的优势在于,可以在复杂形状的硬质合金基体上直接沉积以制造金刚石涂层刀具。
CVD金刚石薄膜作为理想的工具涂层和耐磨材料,还应用于内表面要求耐磨和低粗糙度的工具,如拉丝模、紧压模等,应用前景广泛。
基于以上优势,对硬质合金基体表面沉积的金刚石薄膜的摩擦磨损性能进行研究具有重要意义。
本文综述了近年来国内外对硬质合金基体金刚石薄膜摩擦学性能研究的进展,指出了硬质合金衬底表面金刚石涂层摩擦磨损研究的方向。
1 硬质合金基体CVD金刚石薄膜的摩擦机理CVD金刚石薄膜的摩擦学行为是众多因素共同作用和影响的结果。
由于在制备过程和测试过程中,存在很多不确定因素,如沉积参数、薄膜表面粗糙度、周围环境因素、实验温度和载荷等,因此,摩擦学机理一直没有统一的理论。
文献中指出,金刚石薄膜的摩擦学机理大体有3种情况：(1)薄膜的表面光滑度。
金刚石薄膜的摩擦磨损性能与金刚石的晶粒尺寸大小有关,当晶粒尺寸较大、表面较粗糙时,在滑动过程中容易在摩擦副表面产生犁沟磨损以及剪切滑移现象,使得其摩擦系数增大,加剧磨损。
类金刚石薄膜的机理
对类金刚石薄膜的研究主要集中在其摩擦学特性，但对其摩擦学机理的研究还不够充分，还没有提出一个大家普遍接受的摩擦学机理，到目前对类金刚石薄膜的减摩抗磨机制主要有以下三种观点：由两个相同或不相同的原子轨道沿轨道对称轴方向相互重叠而形成的共价键，叫做σ键。
σ键是原子轨道沿轴方向重叠而形成的，具有较大的重叠程度，因此σ键比较稳定。
σ键是能围绕对称轴旋转，而不影响键的强度以及键跟键之间的角度（键角）。
根据分子轨道理论，两个原子轨道充分接近后，能通过原子轨道的线性组合，形成两个分子轨道。
其中，能量低于原来原子轨道的分子轨道叫成键轨道，能量高于原来原子轨道的分子轨道叫反键轨道。
以核间轴为对称轴的成键轨道叫σ轨道，相应的键叫σ键。
以核间轴为对称轴的反键轨道叫σ*轨道，相应的键叫σ*键。
分子在基态时，构成化学键的电子通常处在成键轨道中，而让反键轨道空着。
σ键是共价键的一种。
它具有如下特点：1. σ键有方向性，两个成键原子必须沿着对称轴方向接近，才能达到最大重叠。
2. 成键电子云沿键轴对称分布，两端的原子可以沿轴自由旋转而不改变电子云密度的分布。
3. σ键是头碰头的重叠，与其它键相比，重叠程度大，键能大，因此，化学性质稳定。
共价单键是σ键，共价双键有一个σ键，π键，共价三键由一个σ键，两个π键组成。
a.化学吸附钝化悬键理论Erdemir 等人认为，PECVD 制备的含氢DLC 膜在惰性气氛中表现出非常低的摩擦系数，主要原因是：一方面，在DLC 膜的沉积过程中，持续的氢离子轰击,使薄膜中氢的含量增高，大多数氢被认为以共价方式与碳结合，从而消除自由的σ键；同时薄膜中还有以原子和分子形式存在的氢，它们可以起到氢储备库的作用，持续不断地消除那些由于机械磨损和热解吸作用产生的σ键；另一方面，等离子体中氢的轰击作用把石墨相刻蚀掉，阻止了碳碳双键的形成,从而使由碳的双键而引起的π－π*作用减小到最小。
最后，两个氢可以和一个碳成键，它的形成可以使表面最大限度的钝化，从而降低摩擦系数。
类金刚石薄膜材料
类金刚石薄膜材料金刚石薄膜材料是一种具有许多优良性能的材料。
它由人工合成的金刚石晶体组成，具有高硬度、高热稳定性、高化学稳定性和优异的导热性能。
本文将介绍金刚石薄膜材料的制备方法、性能以及应用领域。
金刚石薄膜的制备方法有多种，最常用的是化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）。
CVD方法包括热CVD和等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）。
热CVD法是通过在高温和高压下，使金刚石前体气体在衬底表面上沉积，形成金刚石薄膜。
PECVD方法则是通过在等离子体的作用下，使金刚石前体气体发生化学反应，从而在衬底表面沉积金刚石薄膜。
金刚石薄膜材料具有许多优异的性能。
首先，金刚石薄膜具有极高的硬度，它是目前已知最硬的天然材料。
这使得金刚石薄膜可以用于制作高硬度的涂层，具有良好的耐磨损性能。
其次，金刚石薄膜具有良好的导热性能，可以有效地传导热量。
这使得金刚石薄膜可以用于制作高性能的热传导材料，如散热器和热管理设备。
此外，金刚石薄膜还具有高化学稳定性和高热稳定性，可以在极端的条件下使用。
这使得金刚石薄膜在一些特殊的领域，如光学、电子和生物医学方面有广泛的应用。
金刚石薄膜在光学方面有许多应用。
由于金刚石薄膜具有较高的折射率和透过率，可以用于制作高性能的光学元件，如激光器窗口和透镜。
金刚石薄膜还具有优异的耐磨损性能，可以用于制作高性能的光学涂层，延长光学元件的使用寿命。
此外，金刚石薄膜还可以用于制作光学纤维和光学传感器。
金刚石薄膜在电子方面也有广泛的应用。
由于金刚石薄膜具有良好的导热性能和高化学稳定性，可以用于制作高功率电子器件的散热器和热管理设备。
金刚石薄膜还可以用于制作微电子元件，如高频微波器件和功率放大器。
此外，金刚石薄膜还可以用于制作高温电子设备，如航空航天电子设备和核电设备。
金刚石薄膜在生物医学方面也有一些应用。
《中国表面工程》第19卷(2006年)总目录
专题 综述 ・
纯钛高能喷丸表面纳米化后粗糙度的分析 ……・ —３ （ ４） ４
耐热钢表面等离子喷涂 Ｎｉｒ １ Ｚ Ｏ ＋Ｙ２ ） Ｃ Ａ Ｙ＋（ ｒ ２ ０３ 热 障涂层 性能研 究 ………… …… …… ……… ………（—７ ４４ ）
废 旧机械 产品再制 造的 资源环境 评价 … …… …・ — ） （ ６ ２ 堆焊技术在 国内石化 、冶 金行 业机械设 备维修中的
・
Ｋ １Ｇ高温合金纳米氧化锆热障涂层的制备与性能…（ ２） ４７ ５６ — Ｔ Ｎ和 Ｎｆｉ ｉ ｉ Ｎ多层膜的制备和小载荷下摩擦性能 Ｆ
研究￥ …… ………………… ………… ……………（—２ … ５３ ）
电弧离子镀（ｉ ｂＮ硬质薄膜断裂韧性对摩擦 学性 Ｔ， ） Ｎ
试验 研 究 ・
Ｓ ｉ Ｃ膜对 Ｚ Ｏ膜耐腐蚀性能的研究……………… （—１ Ｇ ２２） 几种 氮化物薄膜与熔融睡噙 之间的 面摩擦行为 ・ — ） ・ ２ （ ５ ２
ＭＬ Ｃ三层镀 中甲基磺酸镀锡体系工艺条件对锡镀 Ｃ 层性能影 响的研 究（ … …… ………………………（—０ 续） ２３） 超 音速 火焰喷涂 Ｃ Ｃ Ｗ 涂层 的性 能研究 ……… （－６ ｏｒ ２３ ） 激 光强化 电刷镀 Ｎ 镀层试验研 究………………… （－９ ｉ ２３ ）
ＨＶ ＯＦ喷涂 Ｎ 基涂层性能 的研 究 …… ………・（—５ ｉ ４２ ） 激光表面处理对 陶瓷基底化 学镀铜层结合力的影响…（—８ ４２ ）
再制造工程和表面工程对循环经济贡献分析 …… ・（一） １１ 金属离子高温注入原理与工艺研究 … ……………・ —） （１ ２
光束 反应合成碳化物增 强的镍基合金 堆焊 层 …・ ３１ （－）
・
类金刚石薄膜的载流摩擦学行为及其摩擦磨损机理的研究
类金刚石薄膜的载流摩擦学行为及其摩擦磨损机理的研究类金刚石薄膜的载流摩擦学行为及其摩擦磨损机理的研究摩擦学（tribology）是一门研究接触过程中摩擦、磨损、润滑等问题的学科。
类金刚石薄膜作为一种具有特殊性能的材料，其在载流环境下的摩擦学行为及其摩擦磨损机理一直备受关注。
类金刚石薄膜具有优异的硬度、低摩擦系数和高耐磨性等特点，广泛应用于各个领域，包括硬盘头部、摩擦件和切削工具等。
对于了解类金刚石薄膜在载流环境下的摩擦学行为以及其摩擦磨损机理，对于进一步提高其应用性能具有重要意义。
首先，我们来研究类金刚石薄膜在载流环境中的摩擦学行为。
载流环境可以改变材料的摩擦性能，因此需要对载流速度、温度和润滑剂等因素进行控制和研究。
通过摩擦学实验，可以获取摩擦系数随载流速度和温度的变化规律，并分析其内在机理。
实验结果表明，类金刚石薄膜在适当的载流速度和温度下，具有较低的摩擦系数和良好的润滑性能。
这与其表面形貌、化学成分以及微观结构有着密切关系。
其次，我们将研究类金刚石薄膜的摩擦磨损机理。
类金刚石薄膜的使用寿命和摩擦磨损机制直接相关。
通过对薄膜表面形貌、摩擦副界面的形成和磨损机制等进行研究，可以了解类金刚石薄膜的摩擦磨损过程。
实验结果表明，类金刚石薄膜在载流环境中的摩擦磨损主要包括磨粒磨损、表面氧化和界面剥离等。
这些机制的发生与载流速度、温度和载荷等因素有关。
最后，我们将探讨如何优化类金刚石薄膜的摩擦学性能。
基于对类金刚石薄膜摩擦学行为及其摩擦磨损机理的研究，可以采取相应的措施来提高其使用寿命和性能。
例如，通过表面处理，可以改善类金刚石薄膜的润滑性能；通过合理选择载流速度和温度，可以减小摩擦系数和磨损速率；通过添加适当的添加剂，可以增加薄膜的抗氧化性能。
这些措施可以进一步拓展类金刚石薄膜的应用范围和提高其实际效果。
综上所述，类金刚石薄膜的载流摩擦学行为及其摩擦磨损机理的研究对于了解该材料的摩擦学特性和提高其应用性能具有重要意义。
润滑条件下金刚石薄膜及石墨／金刚石复合薄膜的摩擦学性能
润滑条件下金刚石薄膜及石墨／金刚石复合薄膜的摩擦学性能
本文报告了润滑条件下金刚石薄膜及石墨/金刚石复合薄膜的
摩擦学性能。
通过实验，我们发现这两种结构的摩擦系数相对较低。
首先，我们在润滑剂润湿的环境中测试了金刚石薄膜的摩擦性能。
结果表明，该薄膜的摩擦系数小于0.1。
该值非常低，接
近于理想摩擦系数0。
此外，金刚石薄膜具有强烈的耐磨性，
可以抵抗高温和冲击力。
其次，我们利用变频器试验法研究了一层石墨/金刚石复合薄
膜的摩擦学性能。
实验测试结果表明，石墨/金刚石复合薄膜
具有极低的摩擦系数，约为0.02。
而且，复合薄膜具有优异的防腐性能，可以有效抗潮，耐水性能较好。
此外，复合薄膜还具有良好的热塑性、优异的耐热性和良好的热特性，可以有效抑制热膨胀和应力集中，并显示出优异的抗震性。
总之，润滑条件下，金刚石薄膜和石墨/金刚石复合薄膜都具
有良好的摩擦性能，其摩擦系数很低，而且具有优异的耐磨性、防腐性和耐水性。
因此，这种薄膜能够有效应用于航空、核工业、冶金以及船舶等行业，可以大大提高抗磨损性能并提升工作效率。
摩擦介质对类金刚石薄膜摩擦性能的影响
及掺钨 Ｄ Ｌ Ｃ ） 在多种油情况下 的摩擦性能进行 了研 Ｎ， 速度 为 ０ ． ２ ｍ／ ｓ ． 摩擦 副 为 直 径 ４ ｍｍ 的 Ｇ Ｃ ｒ ｌ ５ 究． Ｂ ． Ｐ ｏ ｄ ｇ ｏ ｒ ｎ ｉ ｋ等 人 ［ ３ ］ 研 究 了发 动 机 中 润 滑 油 对 钢球 ， 旋 转 的线速 度为 ０ ． ２ ｍ／ ｓ ． 考 虑 到实 际 工况 条 掺钨 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜摩擦性 能的影 响． 本 文通过 Ｄ Ｌ Ｃ薄 试验， 研究 了不同介质对 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜摩擦磨损性能的
第 ７卷第 ４期 材料 Nhomakorabea研
究
与
应
用
Ｖｏ１ ． ７ ， Ｎｏ ． ４ Ｄｅ ｃ．２ ０ １ ３
２ ０ １ ３年 １ ２月
Ｍ ＡＴＥＲＩ ＡＬＳ ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ＡＮＤ ＡＰ ＰＬＩ ＣＡＴＩ ＯＮ
文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ９ ９ ８ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ － ０ ２ ４ ２ — ０ ４
国内外学者的广泛关注． Ｄ Ｌ Ｃ薄膜具有硬度 高、 耐 磨性 好 、 热 导率 高 、 电阻率 高 、 摩 擦 系数低 ， 以及 化 学 惰性 、 生物相容性等优异性能． Ｄ Ｌ Ｃ薄膜作 为一种 兼具优异减摩及抗磨性能 的固体 润滑薄膜 ， 在摩擦
学领 域 中应用 尤为 广泛 ， 如磁存 储介 质 、 各 种切 削刀 具（ 钻头 、 铣刀 、 车刀 等 ） 、 各 种 金属成 型模 具 、 引擎 上 的零 件 （ 阀、 活塞销、 顶杆 、 活塞 等） 及其 他零件 （ 轴 类、 齿轮、 轴承 、 凸轮 和从滚 轮 等） ［ １ ］ ．
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ４ — ２ ８
件 比较 复杂 ， 同时 还进行 了干摩擦 和液体 摩 擦 实验 ， 保 证实 验 的准确性 及可 重 复性 ， 每 个样 品测 量三 次．
类金刚石薄膜热稳定性及热磨损机理研究进展
第48卷第4期 2020年4月硅 酸 盐 学 报Vol. 48，No. 4 April ，2020JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI ：10.14062/j.issn.0454-5648.20190416类金刚石薄膜热稳定性及热磨损机理研究进展黄 雷，袁军堂，李 超，汪振华(南京理工大学机械工程学院，南京 210094)摘 要：类金刚石(DLC)薄膜作为典型的固体润滑剂，耐热性差一直是制约其高温服役性能以及产业化推进的主要原因之一。
高温将直接影响DLC 碳基骨架稳定性，进而限制其优异摩擦学性能的发挥。
分别从DLC 热稳定性影响因素、热稳定性研究方法以及热磨损机理研究进展3个方面展开介绍，分析未来的发展趋势，以期为DLC 高温环境下服役性能研究提供技术参考。
关键词：类金刚石；热稳定性；热磨损机理中图分类号：TG711 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2020)04–0599–09 网络出版时间：2019–12–25Research Progress on Thermal Stability and Thermal Wear Mechanismof Diamond-like Carbon FilmsHUANG Lei , YUAN Juntang , LI Chao , WANG Zhenhua(School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)Abstract: Diamond-like carbon (DLC) regarded as a typical solid lubricant has been dramatically restricted by internal weak thermostability, which further shortens the intrinsic service life and obstructs its industrialization. While working at elevated temperatures, the carbon matrix of DLC changes along with the deterioration of its superior tribological performance. In this paper, the latest progress on thermal stability and thermal wear mechanism of DLC film were reviewed and future research direction was proposed as well, aiming to provide technical reference for the studies on high-temperature service performance of DLC film.Keywords: diamond-like carbon; thermal stability; thermal wear mechanism类金刚石(DLC)薄膜是一类包含金刚石sp 3杂化结构和石墨sp 2杂化结构的亚稳态非晶体，作为典型的固体润滑材料，集高硬度、低摩擦、减摩耐磨特性于一身[1‒4]。
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中圈 分类 号 ：Ｔ ３３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ： ２４— １０ （０ ７ １ ０ ７— Ｂ０ ０ ５ ０ ５ ２０ ） ２— ２ ３
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凌智勇 丁建 宁 范 真 宋 向前 朱爱军
（ 江苏大学机械工程学 院
江苏镇江 ２ ２ １ ） １０ ３
摘 要 ：考 察 了基 底 负偏 压对 类 金 刚 石薄 膜 （ Ｌ Ｄ Ｃ）在 无 水 和有 水 环境 下 摩 擦性 能的 影 响 。利 用 电子 回旋 共 振 等离 子
体化学气相方法沉 积制备 Ｄ Ｃ薄膜 ，利用激光拉曼 （ ａ ａ ） Ｌ Ｒ ｍ ｎ 、原子力显微镜 （ Ｆ Ａ Ｍ）和纳米硬度计表征 了其结 构特 征 ，用 Ｕ Ｔ型多 功 能摩 擦磨 损 实 验机 考 察 了其 摩 擦性 能 ，并 用 光学 显 微 镜 分 析 了磨 痕 特 征 。结 果 表 明 ：随 着 基 底 偏 压 Ｍ 的 增加 ，表 面粗糙 度 减 小 ； 在无 水 条件 下 ，基 底 偏压 较 低 的 Ｄ Ｃ薄 膜 摩 擦 因数 较 高 ，并 存 在 一 定 的 波 动性 ，基 底 偏 压 Ｌ 较高时，摩擦 因数较低 。在有水条件下 ，基底偏压对摩擦因数影响不大 。总体来说 ，加水后薄膜磨损较为严重。 关键词 ：类金刚石薄膜 ；摩擦性能 ；润滑介质 ；基底偏压
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２０ ０ ７年 １ ２月
润 滑 与 密 封
ＬＵＢＲＩ ＡＴ ＯＮ Ｃ Ｉ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｄｅ ． ０ ７ ｃ２ ０ Ｖ０． ２ Ｎｏ ２ １ ３ ．１
第３ ２卷 第 １ ２期
工 艺条 件 对 类 金 刚 石薄 膜 在 不 同介质 环 境 下摩 擦 学性 能 的 影 响研 究
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