润滑与密封

作者：孙建芳，陈泽达，苏峰华，李助军

单位：华南理工大学机械与汽车工程学院;清华大学摩擦学国家重点实验室,,华南理工大学机械与汽车工程学院,,华南理工大学机械与汽车工程学院,,广州铁路职业技术学院机械与电子学院,

关键词：磁控溅射;DLC复合薄膜;元素掺杂;高温;摩擦磨损

基金：国家自然科学基金资助项目(52175168);广东省基础与应用基础研究项目（2022A1515010513）;广州市科技计划项目(202102080422)

元素掺杂是提升DLC薄膜摩擦学性能和耐温性能的重要途径。采用直流磁控溅射技术在304不锈钢基体表面沉积了含氢DLC薄膜，同时利用射频磁控溅射技术完成Cr元素的掺杂，研究Cr元素掺杂对DLC薄膜的力学性能及摩擦学性能的影响。采用纳米压痕仪测试薄膜硬度并利用划痕试验测试膜基结合力，采用拉曼光谱分析薄膜sp2和sp3键含量的变化和转移膜的生成。采用UMT多功能摩擦磨损试验机评价薄膜在常温和高温环境下的摩擦磨损性能，并利用扫描电镜观察磨损表面，分析其磨损机制。结果表明，Cr元素掺杂会显著提高薄膜的膜基结合力，但会使薄膜硬度有一定的下降。常温摩擦学性能测试显示，DLC薄膜的摩擦因数随着Cr含量的增加呈现出先下降后上升的趋势，在Cr质量分数为334%时达到最低；但薄膜的磨损率随Cr含量的增加略有升高。高温摩擦学性能测试表明，Cr元素掺杂显著改善了DLC薄膜的高温摩擦学性能，未掺杂的DLC在150 ℃以上摩擦时会失效，Cr元素掺杂使薄膜在250 ℃下也能保持较低的摩擦因数和较长的抗磨寿命。Cr元素的加入能够提高DLC薄膜的膜基结合力，降低摩擦因数，并提高薄膜的高温摩擦学性能，这主要是因为Cr元素掺杂促使薄膜结构发生转变，同时Cr的氧化物也起到了一定的保护作用。

来源：2023年第2期

《润滑与密封》期刊编辑部

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