中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心知识库

目的 研究类富勒烯结构含氢碳膜的摩擦学性能及润滑机理。方法 采用闭合场非平衡反应磁控溅 射技术，通过调节靶电流制备出类富勒烯结构含氢碳膜（FL-C:H）与非晶含氢碳膜（a-C:H）。通过扫描电 子显微镜、原子力显微镜观察薄膜表面与断面的形貌，通过傅里叶红外光谱仪表征了碳膜的碳氢键结构， 通过纳米压痕仪、划痕仪、摩擦磨损实验评价薄膜的力学及摩擦学性能，通过透射电子显微镜分析磨屑结 构，并通过光学显微镜及三维轮廓仪对磨斑及磨痕形貌进行分析。结果 类富勒烯结构对薄膜的机械力学性 能影响不大，但是对其大载荷下的摩擦学性能有影响。与 a-C:H 碳膜相比，小载荷下（5 N），FL-C:H 碳膜的 摩擦系数较高，大载荷下（20 N），FL-C:H 碳膜具有较低的摩擦系数（0.03）和磨损率（4.8×10−8 mm3 /(m·N)）， 并且其摩擦界面形成了类球状纳米结构颗粒。随着载荷的增加，FL-C:H 碳膜的摩擦系数和磨损率先降低， 后基本不变，在载荷大于 15 N 时，摩擦界面形成了类球状纳米结构颗粒。结论 类球状纳米结构颗粒的形成 能降低薄膜的摩擦系数和磨损率，而 FL-C:H 碳膜比 a-C:H 碳膜更易在摩擦界面形成类球状纳米结构颗粒。 这种类球状纳米结构的形成还依赖于载荷的大小（大载荷时更易形成），因此类富勒烯碳膜在大载荷下更易 保持低的摩擦系数及磨损率。