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不同组分、结构的类金刚石(diamond-like carbon,简称DLC)薄膜在不同摩擦环境中的摩擦系数呈跨数量级差异。影响DLC薄膜摩擦行为的因素主要包括两个方面:薄膜本征性能(元素、结构)和外界环境(气氛)。本文考察了氢元素、类富勒烯结构和多种气氛环境对DLC薄膜摩擦行为的影响,探讨了无/含氢DLC薄膜在高真空、惰性气氛、活性气氛中的摩擦机理,取得以下主要研究结果: (1)采用高频脉冲等离子体增强化学气相沉积,通过调节沉积参数,对含氢DLC薄膜微结构进行有效调控。结果表明,当沉积偏压逐渐增大时(-800~-1050V),薄膜微观结构发生“非晶-类富勒烯-非晶”的演变。 (2)基于负偏压对薄膜结构的影响,在含氢DLC薄膜中主动设计类富勒烯(FL)微结构,获得了在高真空具有长磨损寿命(1.8×105次循环)的类富勒烯碳氢(FL-C∶H)薄膜。通过考察薄膜稳态摩擦过程中的界面结构,建立了FL-C∶H薄膜界面石墨化相变与磨损寿命之间的联系。与非晶碳氢薄膜相比,FL结构在剪切应力下破裂,为纳米石墨晶提供成核中心,形成纳米石墨晶/非晶结构摩擦膜。 (3)考察了无/含氢DLC薄膜在不同相对湿度下的摩擦行为,探讨了吸附水分子对无/含氢DLC摩擦行为的影响机制。低湿度(<<50%)下,摩擦系数的主导因素为固-固接触,无氢DLC需克服较大的界面结合能(-103.37kJ/mol~-320kJ/mol),摩擦系数较高(0.19);含氢DLC对应较小的界面结合能(-3.04kJ/mol~-6.32kJ/mol),摩擦系数较低(0.06)。高湿度(相对湿度>>50%)下,无/含氢DLC表面所吸附水分子之间的氢键是影响摩擦系数的主导因素,无/含薄膜需克服的界面结合能均为约-47.31kJ/mol,两者摩擦系数十分接近(~0.15)。 (4)研究了不同气氛下吸附分子对含氢DLC薄膜摩擦行为的影响规律。当分子吸附在摩擦界面形成较低的界面结合能时,摩擦系数较低;相反,则摩擦系数较高。通过含氢DLC薄膜自配副在干燥氮气下的超滑结果(摩擦系数0.009)进行了实验验证。