含氢类富勒烯碳薄膜不同载荷下的磨损寿命研究

龙美彪，王兆龙，赖振国，张 斌*，黄民备，高凯雄，涂选举，张俊彦

（1.南岳电控（衡阳）工业技术股份有限公司，湖南 衡阳 421007；2.中国科学院兰州化学物理研究所 材料磨损与防护重点实验室，兰州 730000）

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类富勒烯碳（FL-C）薄膜是一种新型结构碳薄膜，由镶嵌在非晶网络中的弯曲石墨烯或者洋葱结构组成，具有超弹性（＞80%，远高于非晶碳薄膜的50%）、高硬度等性能。类富勒烯碳薄膜分为含氮类富勒烯碳（FL-C：N）薄膜和含氢类富勒烯碳（FL-C：H）薄膜。FL-C：H薄膜具有比FL-C：N更低的摩擦因数，在某些情况下表现出超低摩擦（超滑，摩擦因数低至0.002）[1-2]。

2007年，Wang等[1]采用直流PECVD技术，率先设计并制备了FL-C：H薄膜，该薄膜不仅硬度高（19 GPa），弹性恢复也达到了80%[3]。在空气中，薄膜具有超低摩擦特性，摩擦因数低至0.002。2008年，Buijnsters等[4]利用微波电子回旋共振辅助化学气相沉积的方法，以甲烷（CH4）和Ar为气源，制备了含有类富勒烯纳米结构和C60的氢化碳薄膜。2009年，Ji等[5]采用脉冲电流辅助射频等离子体PECVD方法制备了FL-C：H薄膜，认为脉冲占空比是影响碳薄膜中类富勒烯结构形成的重要因素。2009年，Wang等[6]采用脉冲磁控溅射沉积技术获得了FL-C：H薄膜。Wang等[7]的研究发现，随着载荷的升高，FL-C：H薄膜的摩擦因数逐渐降低，在20 N载荷下表现出超低摩擦现象。

虽然有学者对FL-C：H薄膜的摩擦学性能进行了一些研究，但是对其磨损寿命的研究较少。鉴于固体润滑薄膜寿命对服役影响的重要性，考虑到服役过程中载荷工况的变化，本文采用直流激发等离子体化学气相沉积（DC-PECVD）在Si（100）表面沉积FL-C：H薄膜，研究薄膜的结构、摩擦因数及磨损寿命、磨痕硬度随载荷和磨损时间的变化及磨损寿命与硬度的关系。……