类富勒烯结构对含氢碳膜摩擦学性能的影响

• 作者: 刘晓红 吉利 周惠娣 李红轩 裴露露 陈建敏
• 来源期刊: 表面技术
• 学科: 工学
• 关键词: 类富勒烯结构 含氢碳膜 反应磁控溅射 摩擦学性能 类球状纳米结构
• 年，卷（期）: 2020,（6）
• 所属期刊栏目: 专题——碳基强化功能薄膜材料与应用技术
• 页码范围: 68-75
• 页数: 8页
• 分类号: TG174.4|TH117
• 字数: 2939字
• 语种: 中文
• DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.06.008

摘要

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.