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。
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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
维普资讯
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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