关键词 搜索    
多尺度强韧化碳基润滑薄膜的研究进展
蒲吉斌, 王立平, 薛群基    
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:随着海洋、空间、核能等苛刻环境工况下机械装备的发展,兼具高硬度、高承载能力、良好韧性及优异摩擦磨损性能的强韧化复合碳基润滑薄膜成为类金刚石薄膜的研究重点。文中系统归纳和评述了碳基薄膜的多元/多相复合、梯度多层、纳米多层、微/纳表界面织构化等强韧化关键技术及其强韧化机制。包括纳米晶—非晶复合结构的界面强化效应和晶界滑移强韧化;功能化梯度/多层结构膜基界面匹配、应力缓冲和微裂纹抑制强韧化;纳米晶—非晶类石墨结构、类富勒烯结构以及微/纳表面织构强韧化机制等。这些技术大幅改善了类金刚石薄膜的韧性,提高了薄膜抗疲劳磨损性能,使其能有效应用于水润滑、油润滑、高温、真空、特殊气氛以及沙尘等极端苛刻环境。文中指出强韧化碳基薄膜将向着应对极端苛刻环境的多尺度复合强韧化、适应复杂多变环境的智能化,以及满足未来空间需求的超长寿命方向发展。
关键词类金刚石薄膜     强韧化     功能梯度多层     摩擦磨损    
Progress in Strengthening and Toughening Carbon based Films
PU Ji-bin, WANG Li-ping, XUE Qun-ji    
State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000
Abstract: The development of mechanical equipments in marine, spaces and nuclear industry has caused diamond-like carbon (DLC) films to pursue the evolution of films combined high hardness, high load bearing capacity, strong toughness and superior tribological properties. This paper provides a review how multi-element/multiphase composite, gradient and nano-multilayers, as well as micro/nano texture result in hard and tough films. The involved strengthening and toughing mechanisms include that grain boundary sliding effect of nanocrystalline-amorphous composite, stress relaxation and micro-crack inhibition of functionally gradient layer/multilayers, graphite-like and fullerene-like structures as well as micro/nano surface texture strategies. These efforts significantly improve toughness, anti-fatigue wear and tribological properties of DLC films in water, oil, high temperature, vacuum, special atmosphere, sand conditions and so on. It is pointed out that more efforts should be made with respect to the research on strengthening and toughing DLC in extreme environment, smart DLC in a variety of tribological applications, and long-life DLC in space.
Key words: diamond-like carbon films     strong toughness     functionally gradient multilayers     tribology    
0 引 言

类金刚石碳基(DLC)薄膜是由金刚石结构的sp3和石墨结构的sp2杂化键碳原子构成的非晶态薄膜,一般分为含氢碳膜(a-C∶H)和不含氢碳膜(a-C)两大类。DLC薄膜具有高的硬度和弹性模量、优异的减摩抗磨性能、高的化学稳定性、良好的导热性和生物相容性,在航空航天、机械、生物医学等领域具有广阔的应用前景[1, 2]。近年来,随着DLC薄膜在具有高速、重载、冲击工况特点的齿轮、轴承等机械部件表面的应用,要求DLC薄膜同时具有高硬度(抗磨损)和强韧性(抗疲劳)。然而,常规的工艺技术在提高DLC薄膜硬度的同时,薄膜中将产生很大的内应力,增加了DLC薄膜的脆性。在高接触应力循环作用下,DLC薄膜往往会发生脆性断裂甚至剥落。为了保持DLC薄膜高弹性模量、高硬度的同时,大幅降低薄膜应力,提高薄膜的膜基结合强度和承载能力,碳基薄膜已由单一结构和单元组分向着多元/多相复合、梯度多层、纳米多层、微/纳表界面织构化等特殊结构方向发展[3],以下将从这几个方面综述强韧化碳基润滑薄膜的发展现状及其在不同环境中的应用情况。 1 多元掺杂强韧化碳基润滑薄膜

在DLC薄膜中引入一定金属或非金属元素,能够引起DLC薄膜中sp3/sp2比例以及H含量的变化,促使非晶碳基网络结构重整。通过控制掺杂元素与碳基质网络的成键方式、含量及存在状态,可有效缓解DLC薄膜内应力积累、提高膜基结合强度及机械强度、增强DLC薄膜的韧性和耐磨性能[4, 5, 6] 1.1 金属掺杂强韧化机制

基于超硬复合薄膜的思想[7],Voevodin和Zabinski等[8, 9]发展了纳米晶—非晶复合结构的超韧碳基薄膜概念:① 硬质纳米晶复合非晶碳基质以获得高硬度;②纳米晶尺寸控制在10~20 nm,通过大量纳米晶界的扩散或滑移释放薄膜应力,提高薄膜韧性;③纳米晶均匀分散在非晶碳基质中,间距控制在2~10 nm,从而减小纳米晶间的相互作用,利于晶界滑移,并通过非晶碳基质抑制裂纹的扩展,降低应力集中;④ 增加纳米晶生长无序度(大角度晶界)以减小晶粒应变和促进晶界滑移。基于这种界面强化效应和晶界滑移改善DLC薄膜机械强度及韧性的设计方法,研究人员制备出了金属碳化物相增强的WC/DLC,TiC/DLC和WC/DLC/WS2等超韧薄膜,其硬度在27~32 GPa之间,H/E 在0.1以上,划痕韧性是碳化物纳米晶的4~5倍[10, 11]。根据金属元素与碳的成键方式,DLC薄膜中的掺杂金属可分为两大类:一类为能够与碳成强化学键的过渡金属元素也称为强碳金属,如Ti,Cr,W和Nb等。这类过渡金属与碳原子键合能够形成热力学稳定的金属碳化物纳米晶嵌埋在非晶碳基质中。另一类为只能与碳成非常弱的化学键甚至不成键的金属元素也称为弱碳金属,如Al,Cu和Ag等。这类金属主要以单质纳米晶形式存在于非晶碳基网络结构中,同时薄膜中可能存在部分亚稳态金属碳化物。

1.1.1 强碳金属元素掺杂

国内外对单一强碳金属掺杂碳基薄膜有着广泛的研究,也取得了大量有价值的成果。其中,Ti掺杂DLC薄膜是研究最多的一类碳基复合薄膜[12, 13, 14]。DLC薄膜掺杂Ti后,形成TiC/DLC纳米晶—非晶复合结构,借助界面强化机制增韧的同时保持DLC薄膜的高硬度,从而抑制了碳基薄膜的脆性疲劳及断裂。王永欣、王立平等[15, 16, 17]通过非平衡磁控溅射技术制备了一系列高sp2键含量的无氢TiC/a-C薄膜,并考察了Ti靶功率对TiC/a-C薄膜微观结构、机械及摩擦学性能的影响。研究发现Ti在碳基薄膜中的化学状态与Ti靶功率密切相关,并显著影响薄膜的硬度和内应力。当Ti靶功率较低时,碳基薄膜中Ti含量较少,Ti原子处于碳网络的间隙位置或以单质形态存在于碳基质中,从而降低了非晶网络中由于键角扭曲而产生的残余应力。增大Ti靶功率,一部分Ti原子将与C原子键合生成硬质的TiC纳米晶,同时碳质结构中sp2键增多。当继续提高Ti靶功率,碳基薄膜中形成了越来越多的硬质TiC颗粒,大量弥散分布的TiC颗粒对TiC/a-C薄膜的强化作用增强,但薄膜的内应力并未增大。

除了调控Ti靶功率外,控制基底偏压亦可实现薄膜中纳米晶TiC相的生长方式和形态调控。如图 1所示,在保持Ti含量不变的情况下,薄膜中的sp2键含量随偏压的升高而增多,同时薄膜的致密度和膜基结合强度也随之提高,这使薄膜抵抗变形的能力增强;内应力的变化主要受高能离子轰击效应的影响,在较高偏压条件下,离子能量升高,轰击效应增强,从而导致薄膜内应力升高。但同时离子轰击带来的热效应还会引起缺陷的扩散与重组,从而对内应力有削弱作用。这两种因素相互作用,在偏压400~500 V时达到平衡,此时内应力不再增大。

图 1 不同偏压条件下掺Ti碳基薄膜的SEM断面形貌[15]Fig. 1 Cross-section morphologies of Ti-doped carbon films with different bias voltages[15]

Cr 引入DLC薄膜中,除了能够提高碳基薄膜的耐磨性和抗氧化能力,还能显著降低DLC薄膜的内应力。与Ti掺杂碳基复合薄膜的强韧化机制相似,CrCx纳米晶的界面强化和Cr单质颗粒的金属强塑性形变作用保持了碳基薄膜的高硬度,同时改善了碳基薄膜的韧性。Singh等[18]研究了不同Cr含量的Cr/DLC薄膜的微观结构,当Cr的原子数分数小于0.4%时,Cr原子固溶在碳基质中;当Cr原子数分数在0.4%~1.5%时,Cr以2~3个Cr原子簇的形式存在;当Cr的原子数分数大于1.5%时,薄膜基体中出现小于10 nm的亚稳态CrC化合物,同时部分Cr原子簇存在于非晶碳基质中。此外,气源组成、施加偏压、金属靶电流对DLC薄膜中掺杂金属含量及其存 在形态影响很大。Gassner等[19]研究发现随着气源中甲烷含量增加,薄膜中CrCx纳米 晶含量呈降低趋势,且主要为 面心立方结构的CrC纳米晶相及体心立方结构的α-Cr纳米晶相。Wang等[20]采用电弧蒸镀法获得了含有稳态Cr3C2的DLC复合薄膜。 因此,Cr掺杂碳基复合薄膜中形成稳态或亚稳态的铬碳化物纳米晶与所选择薄膜沉积技术及其相应工艺参数密切相关,而薄膜中CrCx含量高低与薄膜沉积过程中的离子能量密切相关。Gassner等[21, 22]进一步研究了Cr掺杂碳基薄膜微观结构与其摩擦学行为的关系。研究结果表明须控制薄膜中CrCx与非晶碳相对比例,保证碳化物纳米晶处于2~10 nm且高度分散,方可发挥高硬质相CrCx相的高机械性能和非晶碳相的优异润滑性能,实现Cr掺杂碳基复合薄膜的强韧化和摩擦学性能的整体优化。

W掺杂在碳基薄膜中,易与碳键合形成较低扩散率和很高热稳定性的WC或W2C纳米晶,有利于薄膜应力释放和韧性的提高,从而大大降低DLC薄膜的磨损率。特别是在油环境下,通过W诱导的吸附油膜和摩擦化学反应膜的形成,极大的降低了DLC薄膜在乏油润滑及边界润滑条件下的摩擦因数,提高了DLC薄膜的耐磨能力和承载能力。张馨等[23]研究发现薄膜中WC或W2C纳米晶含量对碳基薄膜硬度影响很大,同时也调控着碳基薄膜的韧性。无掺杂DLC薄膜表现出明显的脆性断裂现象;当W的原子数分数为3.08%时,DLC薄膜压痕范围内裂纹减少,断裂韧性明显得到改观;当W的原子数分数增加为27.66%时,DLC薄膜脆性反而增强。因此,适量W掺杂可有效改善DLC薄膜的高脆性,而过高W含量致使薄膜中WC陶瓷相含量过高,增加了非晶碳基质的脆性[10]

与W的化学性质相近,Mo与C能够形成稳定的γ-MoC 和Mo2C相。在较低的Mo靶功率下,固溶于非晶碳基质中的Mo发挥良好的金属塑性,有效改善DLC薄膜的高脆性,同时薄膜中硬质陶瓷相MoC则可提升DLC薄膜的机械强度。 随着Mo靶功率增大,薄膜中MoC晶粒尺寸增大,虽然使得薄膜整体硬度增加,但所制备Mo/DLC复合薄膜的H/E比值均低于0.1,薄膜脆性反而增大。因此,须控制Mo/DLC复合薄膜中非晶及纳米晶Mo和MoC晶粒大小、相对含量及分布,从而获得具有良好韧性及机械硬度的Mo/DLC复合薄膜。

黄金霞、王立平等[24]通过等离子前处理和Nb过渡层,在聚醚醚酮(PEEK)表面沉积了高膜基结合强度和生物相容性的Nb掺杂碳基薄膜。 发现碳基薄膜开始沿着Nb过渡层择优取向生长,随着Nb含量减小逐渐转为粒状结构。XRD显示薄膜中形成了NbC和Nb2O5纳米晶,这种纳米晶—非晶复合结构大幅提升了碳基薄膜的韧性,改善了软质PEEK表面碳基薄膜的抗磨性能。

C. Corbella等[25]采用脉冲磁控溅射技术制备了Ti、W、Mo及Nb掺杂碳基薄膜,系统研究了不同金属掺杂对DLC薄膜微观结构变化及其机械摩擦学性能的影响,如图 2所示。研究发现Me/DLC薄膜均为纳米晶—非晶复合结构,但Me/DLC薄膜生长模式却存在很大差别,由此产生的不同微观结构对降低薄膜应力发挥着积极作用。如W/DLC复合薄膜树枝晶微观结构利于薄膜应力释放,而Ti/DLC 复合薄膜的应力释放则得益于其沉积过程中自发形成的纳米多层结构。此外,薄膜内应力降低幅度则与薄膜中纳米晶粒含量和尺寸存在一定关联。如W/DLC复合薄膜中WC纳米晶粒约为2 nm,而Nb、Ti及Mo的碳化物晶粒尺寸大概为2~6 nm,因此W掺杂降低DLC薄膜应力幅度明显优于Ti、Nb及Mo金属,特别是甲烷流量减小到一定值时,W和Mo掺杂DLC薄膜应力完全消除。

图 2 Me-DLC薄膜的TEM及SAED图[25]Fig. 2 TEM image and SAED pattern of the Me-DLC[25]
1.1.2 弱碳金属元素掺杂

与强碳金属在非晶碳基质中形成热力学稳定的碳化物不同,弱碳金属掺入DLC膜中,不会明显改变膜中C-C键的键合方式,金属原子以纳米晶态金属团簇形态嵌埋在非晶碳基质中,通过纳米晶—非晶的界面强化作用调控DLC薄膜高应力及高脆性,但薄膜硬度会有所损失。因此,弱碳金属掺入DLC薄膜中需控制好掺杂量,过高的掺杂会削弱DLC薄膜的机械强度。Zhang等[26]发现金属Al被引入到DLC薄膜中增加了sp2碳的含量,从而在一定程度上降低了薄膜的硬度,同时有利于薄膜内应力的释放,增加了薄膜的韧性以及与基底的结合力。 B.K. Tay等[27]研究发现掺入约10%的Al金属可使DLC薄膜的内应力从纯碳膜的12.8 GPa降低到4.29 GPa,同时硬度仍能保持在24 GPa。张广安等[28, 29, 30]采用磁控溅射工艺制备了Al-C∶H复合薄膜,研究结果显示,随着脉冲偏压的增大,在保持薄膜较高硬度的同时有效降低了薄膜内应力,其抗磨减摩性能大幅度提高。

周升国、王立平等[31, 32]考察了甲烷流量、Al靶溅射功率对DLC薄膜微观结构及其机械摩擦学性能的影响。如图 3所示,Al/DLC薄膜具有典型的纳米晶—非晶复合结构特征,且Al纳米颗粒 的尺寸和含量随甲烷流量的增加而减小。当甲烷流量为40 mL/min时,Al/DLC薄膜中Al纳米颗粒尺寸为3 nm,且分布均匀,薄膜显示出最佳的综合机械性能;当Al 靶溅射功率为800 W 时,制备的Al/DLC薄膜具有最高的硬度以及较低的内应力,同时显示出最好的减摩和抗磨性能。当Al 靶溅射功率过大,一方面薄膜中sp2含量的增加削弱了薄膜的硬度,另一方面薄膜中过高的Al含量使得摩擦界面粘着磨损程度加剧,从而使得Al/DLC复合薄膜的摩擦学性能变差。

图 3 不同CH4气流量的Al/a-C:H薄膜的TEM图和SAED图[31]Fig. 3 TEM images and SAED pattern of Al/a-C:H films deposited at different CH4 flow rate [31]

Cu、Ag及Au均具有良好的自润滑性能,适用于高温、超低温和超高真空等苛刻环境。将硬度低而延展性良好的Cu、Ag及Au金属与DLC薄膜复合,不仅提高了薄膜韧性,而且通过向摩擦界面扩散转移形成具有自润滑作用的富金属膜,协同富石墨转移膜可有效强化真空和空气环境下DLC薄膜的摩擦学适应性[33, 34]。Pauleau等[35]研究了薄膜中C、Cu 及C/H比例变化趋势以及薄膜中Cu晶粒尺寸、应力及硬度随着薄膜中非晶碳含量的变化趋势,研究结果显示当薄膜中铜含量适当时,通过界面强化效应及金属纳米颗粒良好延展性的协同作用在提高DLC薄膜韧性的同时,获得较好的摩擦学性能。 1.2 非金属元素掺杂的碳基薄膜

Si掺杂能降低DLC薄膜内应力和改善膜基界面附着强度,有效改善薄膜断裂韧性、提高薄膜的热稳定性及潮湿环境摩擦学适应性。研究表明Si原子与含氢DLC薄膜中H原子键合形成的Si-H键及与碳原子键合形成的Si-C键都利于薄膜内应力释放,但同时薄膜硬度有所牺牲[36]。赵飞等[37]的研究结果显示,随着CH4/Ar比例的增加,即Si含量减小,薄膜内应力及膜基附着强度呈先升再降趋势。当Si原子数分数达到2.9%时,薄膜内部网络结构更连续及三维网络结构交联度更好,薄膜表现出良好的机械性能。

王军军、王立平等[38]研究了不同Si的原子数分数的Si/DLC薄膜的机械性能和摩擦学性能。如图 4所示,当Si含量较低时,Si/DLC薄膜的硬度和杨氏模量几乎不变,Si含量增加时,薄膜硬度开始急剧增加,薄膜的内应力随Si增加而单调减小。当Si的原子数分数为14.8%时,薄膜内应力从压应力转变为拉应力(基于这一现象,通过交替沉积压应力Si/DLC和张应力Si/DLC层,王军军等制备出了低内应力的超厚碳基薄膜)。Si/DLC薄膜的摩擦学性能研究结果显示:当Si含量增加到一定值时,摩擦界面处能够形成完整的富Si转移层,从而改善了薄膜的摩擦磨损性能。

图 4 Si/DLC薄膜的硬度、杨氏模量及内应力随Si的原子数分数变化规律[38]Fig. 4 Hardness,Young’s modulus and internal stress as a function of Si content[38]

B掺入非晶碳基质中,与碳原子键合易形成碳化硼化合物。该化合物可作为二次增强相,发挥其固溶强化作用,进而有效改善DLC薄膜的断裂韧性。Nekkanty 等[39]重点研究了乙炔流量对BC/DLC复合薄膜的承载强度及薄膜韧性的影响。当乙炔流量为20 mL/min时,BC/DLC复合薄膜表现为相对高的硬度和承载强度,同时其韧性(抗冲击裂纹效果)最佳。Eckardt等[40]研究发现随着乙炔流量增加,薄膜摩擦因数从0.8可降低为0.2,同时有效改善了单纯碳化硼薄膜高脆性问题。Kleinsorge等[41]采用过滤阴极真空电弧技术制备出ta-C∶B复合薄膜,即使仅有1%的B就能大幅度降低薄膜应力。 1.3 多元掺杂的纳米晶-非晶结构碳基薄膜

单一强碳或弱碳金属掺杂使得DLC薄膜实现某些优异性能的同时,也会导致某些性能的损失。研究者们发现在碳基薄膜中同时引入两种或两种以上元素,可实现碳基薄膜的硬度、韧性、摩擦学、腐蚀等综合性能的提高[42, 43, 44]。Wilhelmsson等[45]的研究结果表明弱碳金属掺杂有利于增加从碳膜中析出石墨化碳的驱动力,从而实现其低摩擦特性。基于此,周升国、王立平等[46, 47, 48, 49, 50, 51, 52]针对多元掺杂碳基薄膜微结构设计及其摩擦、磨损行为开展了一系列的研究工作。通过在DLC薄膜中引入Ti (强碳金属) 和Al (弱碳金属)、W (强碳金属) 和Al (弱碳金属)构筑了具有高硬度、低应力、强结合力特性的多元掺杂nc-TiC/a-C(Al)和nc-WC/a-C(Al)碳基纳米复合薄膜[46, 48, 50]。XPS测试结果证实两种多元金属掺杂碳基薄膜中分别形成了TiC、亚稳态β-WC1-X纳米晶,但Al金属没有形成碳化物,而是以金属单质的形式均匀分散到碳基质中。如图 5所示,相较于单元掺杂碳基薄膜,多元掺杂碳基薄膜中TiC、β-WC1-X纳米晶的尺寸更小,晶间距离更大,这有利于晶界滑动,从而使多元掺杂碳基薄膜具有更好的塑性形变性能。力学性能测试结果显示虽然Al的引入导致多元掺杂碳基薄膜的硬度有所降低,但是其综合力学性能得到很好的改善,即高硬度、强韧性、低应力和与基底强结合力等性能。这些优异的力学性能对碳膜的摩擦学性能有着重要的贡献。

图 5 碳基纳米复合薄膜的TEM和SAED图 [46, 48, 50]Fig. 5 TEM bright-field images and SAED patterns of the combined films [46, 48, 50]

采用FIB技术和HRTEM,他们从多元nc-WC/a-C(Al)碳基薄膜的磨痕断面处直接观察到了一层很薄的富碳摩擦膜,厚度大概为30 nm左右(图 6)[50]。结合第一性原理计算,他们提出了多元掺杂碳基纳米复合薄膜的摩擦机制。如图 7所示,弱碳金属Al掺入到碳基薄膜中,在摩擦热的驱动下摩擦表面更容易形成具有低摩擦特性的富碳层,同时结合强碳(Ti、W)和弱碳金属Al共掺杂形成的纳米晶—非晶复合结构使碳基薄膜获得高硬度、强韧性、低内应力等特性,从而实现了低摩擦和高耐磨性能[50]。周升国、王立平等[50]进一步将这种强碳和弱碳金属共掺杂模式应用于更多的体系中,形成的多元nc-CrC/a-C(Al)、nc-ZrC/a-C(Al)、nc-NbC/a-C(Al)、nc-MoC/a-C(Al)、nc-HfC/a-C(Al)和nc-TaC/a-C(Al)碳基薄膜也具有低摩擦和高耐磨特性。

图 6 nc-WC/a-C(Al)碳基薄膜的磨痕断面HRTEM形貌[50]Fig. 6 Cross section TEM images of tribofilm formed on wear track for nc-WC/a-C(Al) film[50]
图 7 多元掺杂碳基薄膜摩擦磨损模型示意图[50]Fig. 7 Schematic diagrams of the frictional mechanism for multi-doping carbon films[50]

王云峰、王立平等[53]制备了Ag和Ti元素共掺杂的TiC(Ag)/a-C∶H复合薄膜,Ag纳米晶的存在有效地降低了薄膜的内应力,提高了薄膜的减摩抗磨能力。

图 8所示,大气环境摩擦过程中,热驱动的作用使Ag向摩擦界面扩散转移形成低剪切的富Ag膜,协同摩擦界面形成的石墨相转移膜,大幅降低了碳基薄膜的摩擦磨损,且磨损形貌较平整,具有出良好韧性。然而,过量Ag则会显著降低薄膜的硬度及sp3键含量,导致薄膜的摩擦因数大幅上升。

图 8 TiC(Ag)/a-C∶H薄膜磨痕的BSE图和Ag元素分布图[53]Fig. 8 BSE image and Ag distribution map of the wear scar of TiC(Ag)/a-C∶H film [53]

进一步研究发现TiC(Ag)/a-C∶H复合薄膜在真空环境下也表现优异,甚至获得了超低摩擦(0.005~0.01)。

金属与非金属元素多元掺杂碳基薄膜也被广泛研究。如MeN(Me=Cr、Ti、Zr等)为增强相的nc-MeN/DLC碳基非晶—纳米晶复合薄膜。周升国等[49, 51]利用强碳Si和弱碳Al共掺杂构筑了多元a-C∶Si∶Al碳基复合薄膜,XPS分析证实Si以非晶SiC的形式存在,而金属Al是以单质的形式存在,结合这两类元素在碳膜中所发挥的各自性能优势,不仅实现了优异的综合力学和干摩擦学性能,同时降低了碳基薄膜的摩擦学行为对环境湿度的敏感性。 2 碳基润滑薄膜的梯度/多层强韧化机制

单层DLC薄膜在低载荷下(接触应力小于1 GPa)能表现出良好的低摩擦和高耐磨特点。然而其处于高载荷等苛刻条件下(接触应力大于1 GPa),由于弱的膜基结合性和低的韧性,单层DLC薄膜很容易出现大量脆性破裂甚至与基底脱层的失效行为。近年来研究表明,功能化梯度/多层体系可以最大程度降低膜基之间的热失配与结构失配,提高碳膜与基体材料的结合强度,增强碳膜的韧性和摩擦学性能[54, 55, 56, 57] 2.1 梯度多层结构的碳基薄膜

目前,针对DLC薄膜研究者们最常用的梯度过渡体系为:金属→过渡金属碳化物/氮化物(如TiC,TiN和CrN等)→DLC。Voevodin[58]等提出的Ti/TiC/DLC梯度多层碳基薄膜实现了硬度由较软的钢基体逐渐提高到表层超硬(60~70 GPa)的DLC薄膜。Choy等[59]采用磁控溅射离子镀技术在304钢以及Ti-6Al-4V钛合金基底上制备了Ti/TiN/TiNC/DLC梯度多层薄膜,显著提高了DLC薄膜与金属基体之间的结合力。王立平等[60]在轻合金表面开展了一系列功能化梯度多层DLC薄膜的研究。通过Ti/TiN/Si/(TiC/a-C∶H)功能化梯度多层结构,实现了DLC薄膜在铝合金表面的大面积可靠沉积,并大幅提高了其摩擦学性能。

关晓燕、王立平等[61]结合N离子注入和Ti/TiN、Cr/CrN梯度多层过渡技术改善了碳基薄膜在Ti-6Al-4V合金表面的结合性(图 9),从而改善了碳基薄膜在液体介质环境下的 摩擦学性能。他们进一步提出了这类梯度多层薄膜的减摩抗磨机理。

图 9 Ti-6Al-4V 上构筑梯度多层薄膜的横截面图[61]Fig. 9 Cross sectional SEM images of the carbon films on Ti-6Al4-V [61]

图 10所示,在较低载荷下,由于金属氮化物与碳层界面较高的结合强度,梯度多层碳基薄膜表现出较好的摩擦磨损性能;在较高的载荷下,N离子注入显著提高了钛合金表面硬度,并增大了表面粗糙度,从而提高了膜基界面结合强度和承载能力,有效抑制了薄膜和基底的塑性变形以及摩擦过程中微裂纹的萌生和扩展。

图 10 梯度多层碳基薄膜的摩擦磨损示意图[61]Fig. 10 Schematic diagrams of the friction and wear behavior for multilayer carbon films coated on Ti-6Al-4V [61]

如前所述,多元掺杂碳基薄膜较纯DLC薄膜的力学和摩擦学特性有着明显的改善。然而,在高载高速等苛刻环境下,这类薄膜仍然容易发生失效。

因此,结合功能化梯度多层结构的优势,可以进一步提高多元掺杂碳基薄膜力学和摩擦学性能。周升国、王立平等[62]构筑了具有Cr/CrN/CrCN梯度多层的nc-TiC/a-C(Al),nc-CrC/a-C(Al)和nc-WC/a-C(Al)碳基薄膜。Cr/CrN/CrCN梯度多层结构显著提高了nc-TiC/a-C(Al),nc-CrC/a-C(Al)和nc-WC/a-C(Al)多元掺杂碳基薄膜在高载下(接触应力大于2.0 GPa)的承载能力和摩擦学性能,而单层碳基薄膜则出现脆性破裂或脱层等失效行为。 2.2 纳米多层结构的碳基薄膜

纳米多层技术的基本思路是:按照一定周期交替沉积不同性质和弹性模量的材料,每一单层的膜厚控制在纳米级或者更小范围内,对于特征长度≤10 nm的纳米多层膜也通常被称为超晶格薄膜。

Rincon等[63]的研究结果显示WC/DLC多层膜可以有效提高碳基薄膜的力学性能和耐磨寿命。纳米多层结构的进一步发展是在梯度层上覆以碳基交替多层膜。这种复合结构起到应力缓冲,阻止界面微裂纹萌生的作用,进而提高了膜基结合力以及薄膜整体韧性。陈新春等[57]利用阴极电弧结合离子源辅助磁控溅射复合技术制备了以多元多相梯度过渡层作为缓冲层,W元素梯度掺杂和Cr纳米多层调制的DLC薄膜,从而增强了DLC薄膜的韧性。

近年来,通过高应力(较硬,高sp3含量)和低应力(较软,低sp3含量)碳层交替沉积的方法制备纳米多层DLC薄膜受到研究者的关注。F. Li等[64]通过交替改变偏压的方法成功制备出了低应力,高硬度和强韧性的硬/软交替纳米多层DLC薄膜。沟引宁等[65]采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术在Si基体和GCr15基体表面也制备了软膜和硬膜交替的C/C多层DLC膜。王军军、王立平等[66, 67]结合基底表面高能离子注入和DLC薄膜中Si掺杂量的周期性调节技术制备了一系列多层碳基薄膜。

图 11所示,Si元素注入在薄膜和基底界面形成了一层包含Fe-Si-O混合 层和Si混合层的过渡层,减小了多层碳基薄膜的内应力,增加了薄膜的附着力。压应力碳层与张应力碳层的交替沉积进一步减小了整个碳基薄膜体系的内应力,其中厚度高达51.2 μm的多层碳基薄膜的内应力仅为-0.05 GPa(图 12)。

图 11 多层超厚碳基薄膜[66]Fig. 11 Cross-sectional morphologies of the multilayer film andHRTEM image of the interface[66]
图 12 单层和多层碳基薄膜内应力随厚度的变化[66]Fig. 12 Residual stress of single and multilayer films as a function of thicknesses[66]

进一步研究发现这种多层碳基薄膜的硬度、临界载荷及承载能力随薄膜厚度的增加而逐渐增加,对于厚度为9.6、34.8和52.2 μm的薄膜,其最大承载接触应力分别为2.3、3.0和3.2 GPa。有限元分析结果显示(图 13),随薄膜厚度增加,薄膜中最大应力集中的位置逐渐从膜基界面向薄膜内部转移,从而减小了薄膜发生剥落失效的几率。并且多层界面能够起到阻碍裂纹扩展的作用,进一步提高了薄膜的整体承载能力。

图 13 不同厚度的多层碳基薄膜在载荷下的应力有限元计算结果 [66]Fig. 13 Results of Von Mises stress of multilayer films under different load with different thicknesses[66]
3 特殊结构的强韧化碳基润滑薄膜 3.1 纳米晶—非晶结构的类石墨碳基薄膜

王永欣、王立平等[68]利用磁控溅射技术制备了以sp2键为主的类石墨碳基薄膜。如图 14所示,该碳基薄膜的非晶碳基质中均匀镶嵌有3~8 nm的石墨纳米团簇和金刚石纳米团簇(晶面间距为0.21 nm),其中也有一些纳米碳簇合并长大,其尺寸达10 nm以上,这些颗粒与周围碳基质界面结合很好,没有非常明显界面,呈现出典型的纳米晶镶嵌非晶结构。他们认为非晶碳基薄膜材料里的金刚石纳米晶的形成应该与非晶碳基质中短程有序的sp3团簇有关,同时受沉积过程中局部温度和入射原子能量的影响。纳米尺度的金刚石相必然会对非晶基质起到弥散强化作用,提高了类石墨碳基薄膜的承载能力,从而使其表现出了非常低的磨损率。

图 14 碳基薄膜HRTEM图[68]Fig. 14 HRTEM image of the films[68]
3.2 类富勒烯结构的强韧化碳基薄膜

类富勒烯碳基薄膜包含有卷曲和铰链的石墨平面结构,这些弯曲的石墨片是通过sp3杂化碳相连而紧扣在一起,形成一个共价的三维网络结构,阻止了石墨晶面间的滑移,从而将石墨二维平面内优异的力学强度扩展到三维,展现了非常高的硬度。在外力的作用下,这些弯曲的结构可以通过键角的变化或键的扭曲等方式释放力的作用,而不使其中的化学键发生断裂,展现了优异的弹性恢复能力。因此,类富勒烯碳基薄膜的高硬度和良好的弹性恢复能力保证了薄膜具有良好的承载能力,并在摩擦过程中迅速恢复由法向载荷造成的变形,从而表现出更低的磨损。然而,类富勒烯结构的形成要求较高的基片温度(300~500℃),而且在生长过程中要避免高能离子的轰击。

王鹏等[69]利用中频磁控溅射技术,基于脉冲偏压电源在基片不加热条件下成功制备了类富勒烯镶嵌的含氢非晶碳薄膜。他们提出了一种“挤压成形”理论来说明类富勒烯结构的形成过程,在溅射过程中,高能CHn+n离子的轰击使吸附在薄膜表面的石墨团簇尺寸减小,无序化程度增加,二维的石墨平面由于五元环、七元环等奇数环的引入而形成弯曲三维立体结构。在高的压应力作用下,这些石墨团簇被限制并挤压形成类似于C60分子中的弯曲平面结构,均匀的镶嵌在无定型C-C网络中。纳米压入结果显示这种类富勒烯结构的碳基薄膜的硬度接近27.4 GPa,并且弹性恢复接近95%,显示出良好的承载能力。王琦等[70]通过改变真空退火温度、沉积时间和制备过程中的氢气流量调制薄膜中的类富勒烯微结构含量,研究了碳基薄膜机械性能与类富勒烯微结构含量之间的关系。 3.3 织构化的强韧碳基薄膜

通过在碳基薄膜表面加工具有一定规则的织构可以改善其摩擦特性和润滑效果,其中织构形状的几何参数是关键因素之一,只有在合适的范围内才会得到优异的润滑效果[71]。织构化表面的制备和加工方法很多,其中激光熔融烧蚀技术包括直接法和间接法。直接法是通过激光热加工过程在碳基薄膜表面加工出一定规则形状的织构形貌,在这个过程中激光不仅会引起薄膜表面形貌变化,还会引起加工区域附近碳膜相结构的变化。间接法则是先对基底进行织构化加工,然后在织构化的基底上沉积碳基薄膜。Dumitru等[72, 73]通过间接法制备出了一种织构化的DLC薄膜,研究结果显示织构化DLC薄膜能够承受更大的载荷而不发生失效,而未织构的薄膜在更大的载荷下很快就被磨穿,作者认为这是由于织构能够捕获大量的磨削,从而减小磨粒磨损。

丁奇、王立平等[74]通过YAG固体激光器在不锈钢表面加工出一系列的凹槽织构化表面,之后利用磁控溅射沉积技术在织构化样品表面沉积DLC薄膜。

图 15所示,由于织构化表面电场分布与平面基底的电场不同,在沟槽边缘附近出现了电场的区域性强化,在此强化区内粒子的沉积能量更高,从而导致沟槽边缘处(点3)薄膜的sp2碳含量更高,薄膜硬度更低,即织构化基底表面的碳基薄膜产生了交替的多相结构。摩擦试验结果显示具有表面软硬交替结构的织构化碳基薄膜具有更低的摩擦因数,并且有效的抑制了薄膜微裂纹的产生及扩展,改善了薄膜的疲劳磨损和剥落(图 16)。

图 15 织构化薄膜不同位置的拉曼谱光谱及纳米硬度和磁控溅射沉积过程中织构化基底表面电场分布的有限元模拟结果[74]Fig. 15 Raman and hardness of the textured films at different locations,and FEM of the electric field distribution around the patterned substrate surface[74]
图 16 织构化和未织构的碳膜磨痕SEM形貌[74]Fig. 16 SEM morphologies of wear tracks on textured film and untextured film[74]

丁奇、王立平等[75, 76]进一步通过直接激光加工法制备了织构密度为50%的微凸体形貌的织构化非晶碳基薄膜。如图 17所示,这种织构化碳膜存在表面微结构及硬度梯度,即辐照区为玻璃碳相,具有较低的硬度,而未辐照区具有非晶碳相及较高的硬度。微观摩擦磨损结果显示该织构化薄膜较未织构薄膜在一定条件下具有更好的摩擦学性能。

图 17 织构化碳膜的三维形貌[76]Fig. 17 3D image of irradiated dots on carbon film[76]

何东青、蒲吉斌等[77]结合激光表面织构技术、离子注入和磁控溅射技术在Ti6Al4V合金表面构筑了一系列强韧化的织构DLC薄膜,如图 18所示。摩擦结果显示无论干摩擦还是液体润滑条件,相较于其他织构参数及光滑的DLC薄膜,表面微坑密度为44%的织构化DLC薄膜表现出最低的摩擦因数;而表面微坑密度为24%的DLC薄膜具有最低的磨损率。基于此,作者提出了织构化碳基薄膜的摩擦磨损机理。

图 18 不同微坑密度的织构化DLC薄膜的SEM形貌[77]Fig. 18 SEM morphologies of the DLC films with different dimple area densities[77]

图 19所示,表面微坑除了具有储存液体润滑剂和捕获磨屑的作用,同时减小的接触面积增大了摩擦接触应力,诱导了DLC薄膜的石墨化转变,从而降低了碳基薄膜的摩擦因数,但较大的微坑密度将产生过度的石墨化,显著降低DLC薄膜的硬度,从而导致高的磨损。

图 19 不同微坑密度的织构化DLC磨损机理示意图[77]Fig. 19 Schematic diagrams of the wear mechanism of DLC films with different dimple area densities[77]

王莹、王立平等[78]采用生物材料(荷叶和水稻叶子)作模板,结合复型法、电沉积和物理气相沉积技术制备了具有超疏水、高硬度、高韧性特性的仿生微/纳织构DLC薄膜,如图 20所示。这种仿生DLC薄膜的纳米硬度高达21.2 GPa,同时还具有优异的韧性。

图 20 荷叶和具有仿荷叶表面微/纳织构的DLC薄膜的SEM形貌[78]Fig. 20 SEM morphologies of the lotus leaf and its DLC replicates[78]

图 21所示,所制得的具有仿生微/纳织构的DLC薄膜可以很容易地弯曲(弯曲角大于90°),在这个过程中DLC薄膜没有裂纹或者分层现象。另外,这种具有超疏水特性的仿生微/纳织构DLC薄膜还具有优异的抗摩擦磨损性能。

图 21 具有仿生微/纳织构的DLC薄膜和仿生微/纳织构的DLC薄膜的弯曲图[78]Fig. 21 As-prepared DLC film and curled DLC film[78]
4 强韧化碳基润滑薄膜的应用

4.1 水润滑应用

机械密封端面摩擦副在水密封工作中易出现摩擦磨损而导致密封失效,碳基薄膜以其良好的机械和摩擦学性能,在机械密封方面具有潜在的应用价值。关晓燕、王立平等[79, 80]系统考察了Cr/CrN梯度多层过渡的碳基薄膜与3种典型工程塑料(PEEK、PI和PTFE)和3种典型橡胶(NBR、FKM、EPDM)在水环境中的摩擦学配副特性。与未沉积薄膜的对偶配副对比,这种梯度多层强韧化碳基薄膜有效的降低了工程塑料和橡胶在水环境中的摩擦因数和磨损率,在连续500次启停实验后,碳基薄膜未发现剥落现象,尤其与PEEK和EPDM配副时呈现出最佳的摩擦学性能。

王永欣、王立平等[81, 82, 83]系统研究了类石墨碳基薄膜及其与不同陶瓷、金属配副在水环境中的摩擦磨损机理,并提出了碳基薄膜水润滑的失效机制:碳基薄膜在水环境中的失效方式主要为磨料磨损和局部剥落。通过提高薄膜硬度和断裂强度,可有效降低碳基薄膜摩擦接触面上所受到的犁削作用,但脆性剥落却是碳基薄膜在水环境中失效的关键。如图 22所示,当非晶碳基薄膜在沉积过程中出现柱状结构时,薄膜在摩擦交变应力和水分子侵蚀作用下将萌生纵向裂纹,并不断合并和扩展,直至贯穿整个膜层。在交变应力的作用下,水分子通过穿透性裂纹大幅降低过渡层与基底界面之间的结合,并在界面处萌生出横向裂纹。 随着碳基薄膜中纵向裂纹和横向裂纹的不断萌生和扩展,薄膜断裂韧性逐渐下降,直至发生脆性剥落。基于非晶碳基薄膜水润滑的这一失效机制 ,作者通过优化界面过渡层和控制纳 米晶— 非晶结构,制备了在大气和水环境均具有优异减摩抗磨特性的强韧化类石墨碳基薄膜[84, 85]

图 22 类石墨碳膜在水环境中的磨损机制[81]Fig. 22 Wear model of the graphite-like carbon film in aqueous environment[81]
4.2 油润滑应用

周升国、王立平等[47]研究了nc-WC/a-C(Al) 多元掺杂强韧化碳基薄膜在含有不同添加剂(AW、EP和MoDTC)的PAO润滑油中的摩擦学性能。研究结果显示,nc-WC/a-C(Al)碳基薄膜的摩擦和磨损行为受AW添加剂的影响不明显,而受EP和MoDTC添加剂的影响较大,其中nc-WC/a-C(Al)碳基薄膜在PAO+1% EP边界润滑条件下能表现出最好的低摩擦和高抗磨性能主要归因于强、弱碳金属共掺杂碳基薄膜优异的综合力学性能以及摩擦化学反应生成的WS2低剪切特性摩擦膜。另外,研究发现摩擦化学反应受外界条件的影响,如添加剂浓度,接触应力以及滑动速度等,从而导致生成的WS2+C转移膜的快慢及多少不同。魏晓丽、王立平等[86] 则进一步深入研究了nc-(W,Ti)C/a-C(Al) 多元掺杂碳基薄膜在含有DMTD添加剂的PAO润滑油中的减摩机制。研究发现在5~15 N的低载下,DMTD在滑动界面形成的饱和吸附膜导致多元掺杂碳基薄膜具有低的摩擦因数,随着载荷的增加,吸附膜将发生破裂,添加剂发生分解,含有WS2的摩擦化学反应膜进而减小了碳基薄膜的摩擦因数。 4.3 高温环境应用

传统DLC薄膜的热稳定性较差,其中含氢DLC薄膜中的氢在约350 ℃时就会逸出,同时sp3杂化键大幅减少。当温度为450 ℃左右时,DLC薄膜就会转变为石墨。这一特性严重阻碍了DLC薄膜在高温条件下的应用。王军军、王立平等[67]制备的强韧化多层碳基薄膜具有优异的热稳定性能和高温润滑性能。如图 23所示,在同一温度下,薄膜越厚越耐磨损,其中厚度为41.4 μm的多层碳基薄膜在500 ℃的高温下,依然具有良好的润滑和抗磨性能,其磨损率相较于400 ℃更低。图 24呈现了500 ℃高温原位测试后薄膜表面和磨痕内的断面TEM形貌。可以看到,薄膜表面形成了一层厚度约为130 nm的SiO2层,但在薄膜磨痕内部,除了形成的SiO2,还形成了一层8 nm厚的SiC多晶层。SiC在高温条件下具有优异的抗氧化性能。因此,在500 ℃条件下,薄膜具有相对低的磨损率。

图 23 具有不同厚度的多层碳基薄膜在不同温度下的摩擦因数和磨痕深度[67]Fig. 23 COF and wear depths of the multilayer films with different thicknesses at different temperatures[67]
图 24 500 ℃高温原位测试条件下41.4 μm薄膜的表面及磨痕断面TEM图[67]Fig. 24 Cross sectional TEM images of the surface and wear track of multilayer films of 41.4 μm after tested at 500 ℃[67]
4.4 真空环境应用

空间机械系统的润滑可靠性是制约卫星、空间站、深空探测机构寿命的瓶颈之一,最新发展起来的具有自适应、低环境敏感性、自修复等功能的固-液复合空间润滑系统为解决空间机械系统强化与润滑问题提供了切实可行的途径。 刘秀芳、王立平等[87]针对空间环境制备了TiC/a-C∶H与MACs固-液复合润滑薄膜,这种固-液复合润滑薄膜在高真空下能有效提高薄膜的摩擦磨损性能,既能保持固体润滑挥发低、承载能力高、耐腐蚀等优点,也能凸显液体润滑剂自修补性强、机械噪声小、对环境因素不敏感等特色,同时克服了单独的固体与液体润滑中存在的缺点。基于摩擦测试结果,作者提出了这种固-液复合润滑薄膜的协同润滑机理。在摩擦起始阶段,由于润滑油有利于DLC磨屑的转移,对偶小球表面很快形成一层很薄且不连续的转移膜,起到一定的减摩作用。随着滑动时间和滑动距离的增加,DLC薄膜与油膜相互作用的不断加强,在对偶钢球上形成了连续、均匀、致密的含油富碳转移膜,进一步起到了减摩的作用。另外,具有高承载能力的DLC薄膜提高了整个固-液复合润滑薄膜的屈服强度,而液体润滑剂提高了DLC薄膜的抗塑性变形能力,这进一步提高了材料的减摩耐磨性能。如图 25所示,固-液复合润滑薄膜几乎没有跑合阶段,摩擦的起始阶段摩擦因数就很低,减小了因跑合带来的巨大磨损。另外,含油富碳的转移膜的生成,更是起到了减摩抗磨的作用。基于以上研究,刘秀芳、王立平等[88, 89, 90, 91, 92, 93]进一步深入研究了不同空间液体润滑剂、不同配副材 料、空间辐照(原子氧、紫外、电子、质子)、高低温等对TiC/a-C∶H固-液复合润滑薄膜在高真空环境下的摩擦学性能影响。

图 25 固-液复合润滑与传统的油润滑的摩擦因数[87]Fig. 25 Friction coefficient of the traditional oil lubrication and the carbon-based solid-liquid synergistic lubrication[87]

崔龙辰、王立平等[94]则通过选择与碳弱相互作用的摩擦配副材料,改善了DLC薄膜在真空环境下的摩擦性能。Al2O3和ZrO2这类氧化物陶瓷与碳具有低的分离功,摩擦界面间的弱相互作用避免了摩擦对偶上碳质转移层的形成,即避免了强的碳—碳相互作用(这一观点也被他们的摩擦钝化机理研究印证[95, 96]),实现了高真空环境下的低摩擦因数和长寿命。 4.5 特殊气氛环境应用

氦气极低的沸点使其应用于磁共振成象、超导电磁体、探测器和核反应堆等。针对氦气环境下的箔片气浮轴承润滑,王立平等[97]在100 μm的超薄铜箔片上制备了强韧化TiC/a-C∶H薄膜。如图 26所示,这种碳基薄膜镀覆的箔片能够卷曲成箔片气浮轴承,在这个过程中碳基薄膜表面没有任何裂纹和破裂现象,显示出高的硬度和韧性。氦气环境下的摩擦性能测试结果显示,这种强韧化碳基薄膜在氦气环境下具有低至0.02的摩擦因数和优异的抗磨性能,其磨痕表面非常光滑,仅显示出轻微的抛光磨损。

图 26 镀覆TiC/a-C:H的气浮轴承铜箔片[97]Fig. 26 TiC/a-C:H-coated foil gas bearing[97]
4.6 沙尘环境应用

沙尘对轴承、齿轮和其它机械机构具有很强的腐蚀能力和磨粒磨损,从而降低了机械机构的可靠性和寿命。亓健伟、王立平等[98, 98]制备了适用于沙尘环境的低摩擦,高耐磨性的强韧化碳基薄膜,并基于碳基薄膜摩擦的热力学研究结果[, ],从理论和实验角度系统研究了这类薄膜在沙尘环境下的摩擦磨损机制[105]。研究发现无论载荷的大小如何,强韧化的TiC/a-C∶H薄膜在沙尘环境下的摩擦因数都很低,磨损率约为~10-16 m3/Nm,且随着载荷、沙尘浓度的增大呈降低的趋势。亓健伟等认为TiC/a-C:H薄膜的高的硬度和韧性引起的沙尘颗粒滚动效应是其在沙粒下低摩擦磨损的主要原因。 图 27给出了TiC/a-C∶H薄膜和对偶栓在沙尘环境下的磨损形貌。在沙尘环境下,TiC/a-C∶H薄膜并没有出现大面积的剥落和破坏,只是局部区域出现了一些轻微的犁沟和凹坑,表现出优异的抗塑性变形和抗疲劳磨损性能,这与TiC/a-C∶H薄膜高的硬度和韧性有着密切的关系。另外,摩擦后对偶栓表面形成了厚厚的一层转移层,能够包覆碾磨细化的沙粒,从而减小沙粒对薄膜的三体磨粒磨损。

图 27 TiC/a-C∶H薄膜和对偶栓在45~97 μm沙粒下的磨痕形貌[98]Fig. 27 Surface morphologies on worn track of the TiC/a-C∶H coatings and the pin under the large amount of sand with the 45-97 μm size range[98]
5 总结与展望

传统单一结构的DLC薄膜材料已经不能满足日益发展的海洋、空间、核能等苛刻环境工况下机械装备的需求,近年发展起来的多元/多相复合、梯度多层、纳米多层、微/纳表界面织构化等碳基薄膜材料既保持了DLC薄膜的高硬度,高的承载能力,好的化学稳定性和耐腐蚀性等优点,又解决了DLC 薄膜在高载、高速下的脆性问题以及环境敏感性问题。随着机械装备的发展,未来DLC薄膜材料将朝着应对极端苛刻环境的多尺度复合强韧化、适应复杂多变环境的智能化,以及满足未来空间需求的超长寿命方向发展。这需要结合基础理论研究和实验分析,从纳观、微观至宏观的跨尺度角度设计和制备强韧化碳基薄膜。在工程应用方面,未来仍需对各种轻质、软质材料表面强韧化碳基薄膜,极端大小、复杂结构部件表面强韧化碳基薄膜,以及实际工况需求的超薄、超厚强韧化碳基薄膜方面开展大量的研究和工程化应用工作。

参考文献
[1] Robertson J. Diamond-like amorphous carbon [J]. Materials Science and Engineering R,2002,37: 129-281.
点击浏览原文
[2] Donnet C,Erdemir A. Tribology of diamond-like carbon films: fundamentals and applications [M]. Berlin:Springer,2008.
[3] Holmberg K,Ronkainen H,Anssi laukkanen,et al. Friction and wear of coated surfaces-scales, modelling and simulation of tribomechanisms [J]. Surface & Coatings Technology,2007, 202: 1034-49.
点击浏览原文
[4] Sánchez-López J S,Fernández A. Doping and alloying effects on DLC coatings tribology of diamond-like carbon films [M]. Berlin: Springer,2008.
[5] 郭延龙,孙有文,王淑云,等. 金属掺杂类金刚石膜的研究进展 [J]. 纳米科技,2008, 5(6): 13-16. Guo Y L, Sun Y W, Wang S Y,et al. Research progress of metal doped diamond-like carbon films [J]. Nanomaterial and Application, 2008, 5(6): 13-16(in Chinese).
[6] 郭延龙,孙有文,王淑云,等. 非金属掺杂类金刚石膜的研究进展 [J]. 激光与光电子学研究进展,2009(4): 33-37. Guo Y L, Sun Y W, Wang S Y, et al. Research progress of nonmetal doped diamond-like carbon films [J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2009(4): 33-37.
点击浏览原文
[7] Veprek S, Maritza G J, Veprek H, et al. Different approaches to superhard coatings and nanocomposites [J]. Thin Solid Films,2005,476(1): 1-29.
点击浏览原文
[8] Voevodin A A,Zabinski J S. Supertough wear-resistant coatings with ‘chameleon’ surface adaptation [J]. Thin Solid Films,2000,370(1/2): 223-231.
点击浏览原文
[9] Voevodin A A,Zabinski J S. Nanocomposite and nanostructured tribological materials for space applications [J]. Composite Science and Technology,2005,65(5): 741-748.
[10] Voevodin A A,O’Neill J P,Zabinski J S. Tribological performance and tribochemistry of nanocrystalline WC/amorphous diamond-like carbon composites [J]. Thin Solid Films, 1999,342(1/2): 194-200.
点击浏览原文
[11] Baker C C, Chromik R R, Wahl K J, et al. Preparation of chameleon coatings for space and ambient environments [J]. Thin Solid Films,2007,515(17): 6737-43.
点击浏览原文
[12] Pauschitz A,Kcasnica S,Jisa R,et al. Tribological behavior of Ti containing nanocomposite DLC films under milli-Newton load range [J]. Diamond and Related Materials,2008,17(12): 2010-8.
点击浏览原文
[13] Pei Y T, Galvan D, De Hosson J, et al. Nanostructure and properties of TiC/a-C:H composite coatings [J]. Acta Materialia,2005,53(17): 4505-11.
点击浏览原文
[14] Sánchez-López J. C,Martínez-Martínez D,López-Cartes C,et al. Tribological behavior of titanium carbide/amorphous carbon nanocomposite coatings: from macro to the micro-scale [J]. Surface & Coatings Technology,2008,202(16): 4011-18.
[15] Wang Y X, Wang L P, Zhang G A, et al. Effect of bias voltage on microstructure and properties of Ti-doped graphite-like carbon films synthesized by magnetron sputtering [J]. Surface & Coatings Technology,2010,205: 793-800.
点击浏览原文
[16] Wang Y X,Wang L P,Xue Q J. Influence of the Ti target current on the microstructure and properties of the Ti-doped graphite-like carbon films [J]. Transactions of the Nonferrous Metals Society of China,2012.
[17] 王永欣,王立平,薛群基. 金属掺杂高硬度类石墨薄膜结构及其摩擦学性能研究 [J]. 摩擦学学报,2011,31(1):72-77. Wang Y X,Wang L P,Xue Q J. Microstructure and tribological performances of highly hard graphite- like carbon films doped with different metals [J]. Tribology, 2011,31(1):72-77(in Chinese).
点击浏览原文
[18] Singh V,Jiang J C,Meletis E I. Cr-diamondlike carbon nanocomposite films: synthesis, characterization and properties [J]. Thin Solid Films,2005,489(1/2): 150-158.
点击浏览原文
[19] Gassner G,Mayrhofer P H,Mitterer C,et al. Structure-property relations in Cr-C/a-C:H coatings deposited by reactive magnetron sputtering [J]. Surface & Coatings Technology,2005,200(1/2/3/4): 1147-50.
点击浏览原文
[20] Wang D Y,Weng K W,Hwang S Y. Study on metal-doped diamond-like carbon films synthesized by cathodic arc evaporation [J]. Diamond and Related Materials,2000,9(9/10): 1762-6.
[21] Gassner G, Patscheider J, Mayrhofer P H, et al. Tribological properties of nanocomposite CrCx/a-C:H thin films [J]. Trbology Letters,2007,27(1): 97-104.
点击浏览原文
[22] Gassner G,Patscheider J,Mayrhofer P H,et al. Structure of sputtered nanocomposite CrCx/a-C:H thin films [J]. Journal of Vacuum Science & Technology B,2006,24(4): 1837-43.
点击浏览原文
[23] 张馨,肖晓玲,洪瑞江,等. 掺钨类金刚石薄膜的显微结构与性能 [J]. 机械工程材料,2009,33(9): 79-84. Zhang X, Xiao X L, Hong R J. Microstructure and properties of diamond-like- carbon film doped W [J]. Materials for Mechanical Engineering, 2009,33(9): 79-84(in Chinese).
[24] Huang J X, Wan S H, Liu B, et al. Improved adaptability of PEEK by Nb doped graphite-like carbon composite coatings for bio-tribological applications [J]. Surface & Coatings Technology,2014,24(7): 20-29.
[25] Corbella Roca C. Thin film structures of diamond-like carbon prepared by pulsed plasma techniques [D]. Barcelona:University of Barcelona,2005.
[26] Zhang S, Bui X L, Zeng X T, et al. Towards high adherent and tough a-C coatings [J]. Thin Solid Films,2005, 482:138-144.
点击浏览原文
[27] Tay B K,Zhang P. On the properties of nanocomposite amorphous carbon films prepared by off-plane double bend filtered cathodic vacuum arc [J]. Thin Solid Films,2002,420-421: 177-184.
[28] Zhang G A, Yan P X, Wang P, et al. The preparation and mechanical properties of Al-containing a-C: H thin films [J]. Journal of Physics D: Applied Physics,2007,40: 6748-53.
点击浏览原文
[29] Zhang G A, Yan P X, Wang P, et al. The effect of applied substrate negative bias voltage on the structure and properties of Al-containing a-C:H thin films [J]. Surface & Coatings Technology,2008,202: 2684-9.
点击浏览原文
[30] Pu J B, Zhang G A, Wan S H, et al. Synthesis and characterization of low-frictional-DLC films with high hardness and low stress [J]. Journal of Composite Materials,DOI: 10.1177/0021998313515291.
[31] Zhou S G, Wang L P, Xue Q J. The structure and tribological properties of aluminum/carbon nanocomposite thin films synthesized by reactive magnetron sputtering [J]. Surface and Interface Analysis,2011,43: 1057-63.
点击浏览原文
[32] 周升国,王立平,薛群基. 磁控溅射Al靶功率对类金刚石薄膜结构和摩擦学性能的影响 [J]. 摩擦学学报,2011,31(3): 304-310. Zhou S G, Wang L P, Xue Q J. Effect of Al target power of magnetron sputtering on the structure and tribological properties of diamond-like carbon films [J]. Tribology, 2011,31(3): 304-310(in Chinese).
点击浏览原文
[33] Paul R, Bhattacharyya S R, Bhar R, et al. Modulation of residual stress in diamond like carbon films with incorporation of nanocrystalline gold [J]. Applied Surface Science,2011,257(24): 10451-8.
点击浏览原文
[34] Baba K, Hatada R, Flege S, et al. Preparation and properties of Ag-containing diamond-like carbon films by magnetron plasma source ion implantation [J]. Advances in Materials Science and Engineering,2011,2012(2012): 1-5.
[35] Pauleau Y, Thiéry, Barna P. B, et al. Nanostructured copper/hydrogenated amorphous carbon composite films prepared by microwave plasma-assisted deposition process from acetylene-argon gas mixtures [J]. Reviews on Advanced Materials Science,2004,6: 140-149.
[36] Iseki T, Mori H, Hasegawa H, et al. Structural analysis of Si-containing diamond-like carbon [J]. Diamond Related Materials,2006,15(4/5/6/7/8): 1004-10.
[37] Zhao F, Li H X, Ji L, et al. Structural, mechanical and tribological characterizations of a-C∶H∶Si films prepared by a hybrid PECVD and sputtering technique [J]. Journal of Physics D: Applied Physics,2009,42:165407.
点击浏览原文
[38] Wang J J, Pu J B, Zhang G A, et al. Tailoring the structure and property of silicon-doped diamond-like carbon films by controlling the silicon content [J]. Surface & Coatings Technology,2013,59: 321-320.
[39] Nekkanty S, Walter M. E. Indentation damage to boron carbide-DLC coatings with different compositions [J]. Surface & Coatings Technology,2004,183(1): 1-9.
[40] Eckardt T,Bewilogua K,Va der Kolk G,et al. Improving tribological properties of sputtered boron carbide coatings by process modifications [J]. Surface & Coatings Technology,2000,126 (1): 69-75.
点击浏览原文
[41] Kleinsorge. B,Llie A,Chhowalla M,et al. Electrical and optical properties of boronated tetrahedrally bonded amorphous carbon (ta-C:B) [J]. Diamond and Related Materials,1998,7 (2/3/45): 472-476.
[42] Corbella C, Pascual E, Oncins G, et al. Composition and morphology of metal-containing diamond-like carbon films obtained by reactive magnetron sputtering [J]. Thin Solid Films,2005,482: 293-298.
点击浏览原文
[43] Nakazawa H, Sudoh A, Suemitsu M, et al. Mechanical and tribological properties of boron, nitrogen-coincorporated diamond-like carbon films prepared by reactive radio-frequency magnetron sputtering [J]. Diamond and Related Materials,2010, 19: 503-506.
点击浏览原文
[44] Tsotsos C, Baker M A, Polychronopoulou K, et al. Structure and mechanical properties of low temperature magnetron sputtered nanocrystalline (nc-)Ti(N,C)/amorphous diamond like carbon (a-C∶H) coatings [J]. Thin Solid Films,2010,519: 24-30.
点击浏览原文
[45] Wilhelmsson O, Rsander M, Carlsson M, et al. Design of nanocomposite low-friction coatings [J]. Advanced Functional Materials,2007,17: 1611-6.
点击浏览原文
[46] Zhou S G, Wang L P, Xue Q J. Duplex doped nanocomposite carbon-based coating with self-lubricating performance [J]. Diamond and Related Materials,2012,21: 58-65.
点击浏览原文
[47] Zhou S G, Wang L P, Xue Q J. Controlling friction and wear of nc-WC/a-C(Al) nanocomposite coating by lubricant/additive synergies [J]. Surface & Coatings Technology,2012, 206: 2698-705.
点击浏览原文
[48] Zhou S G, Wang L P, Xue Q J. Comparative study of simplex doped nc-WC/a-C and duplex doped nc-WC/a-C(Al) nanocomposite coatings [J]. Applied Surface Science,2011,257: 6971-9.
点击浏览原文
[49] Zhou S G, Wang L P, Xue Q J. Achieving low tribological moisture sensitivity by a-C∶Si∶Al carbon-based coating [J]. Tribology Letters ,2011,43: 329-339.
点击浏览原文
[50] Zhou S G, Wang L P, Xue Q J. Tailoring microstructure and phase segregation for low friction carbon-based nanocomposite coatings [J]. Journal of Materials Chemistry,2012,22: 15782-92.
点击浏览原文
[51] Zhou S G, Wang L P, Xue Q J. Tribo-pair dependence of friction and wear moisture sensitivity for a-C∶Si∶Al carbon-based coating [J]. Journal of Non-crystalline Solids,2012,358: 3012-8
点击浏览原文
[52] Zhou S G, Wang L P, Xue Q J. Testing atmosphere effect on friction and wear behaviors of duplex TiC/a-C(Al) nanocomposite carbon-based coating [J]. Tribology Letters,2012,47: 435-446.
点击浏览原文
[53] Wang Y F, Wang L P, Yan P X, et al. Microstructure and tribology of TiC(Ag)/a-C:H nanocomposite coatings deposited by unbalanced magnetron sputtering [J]. Surface & Coatings Technology,2012,206: 3299-308.
点击浏览原文
[54] Miki H, Takeno T, Takagi T. Tribological properties of multilayer DLC/W-DLC films on Si [J]. Thin Solid Films,2008,516: 5414-8.
点击浏览原文
[55] Zhang W, Tanaka A, Xu B, et al. Study on the diamond-like carbon multilayer films for tribological application [J]. Diamond and Related Materials,2005,14: 1361-7.
点击浏览原文
[56] Bulr J, Novotny M, Jelnek M, et al. Plasma study and deposition of DLC/TiC/Ti multilayer structures using technique combining pulsed laser deposition and magnetron sputtering [J]. Surface & Coatings Technology,2005,200: 708-711.
点击浏览原文
[57] 陈新春,彭志坚,付志强,等. 梯度掺杂和纳米多层调制类金刚石薄膜的摩擦学性能[J]. 中国表面工程,2010,23(2): 36-41. Chen X C, Peng Z J, Fu Z Q, et al. Tribological properties of graded metal-doped and nanoscale multilayered modulation diamond-like carbon films[J]. China Surface Engineering, 2010, 23(2): 36-41(in Chinese).
点击浏览原文
[58] Voevodin A A, Walck S D, Zabinski J S, et al. Architecture of multilayer nanocomposite coatings with super-hard diamond-like carbon layers for wear protection at high contact loads [J]. Wear,1997,203-204: 516-527.
[59] Choy K, Felix E. Functionally graded diamond-like carbon coatings on metallic substrates [J]. Materials Science and Engineering A,2000,278: 162-169.
点击浏览原文
[60] Wang L P, Wan S H, Wang S, et al. Gradient DLC-based nanocomposite coatings as a solution to improve tribological performance of aluminum alloy [J]. Tribology letters,2010,38(2): 155-160.
点击浏览原文
[61] Guan X Y, Lu Z B, Wang L P. Achieving high tribological performance of graphite-like carbon (GLC) coatings on Ti6Al4V in aqueous environments by gradient interface design [J]. Tribology letters,2011,44(3): 315-325.
点击浏览原文
[62] Zhou S G, Wang L P, Xue Q J. Improvement in load support capability of a-C(Al)-based nanocomposite coatings by multilayer architecture [J]. Surface & Coatings Technology,2011,206: 387-394.
点击浏览原文
[63] Rincon C, Zambrano G,Carvajal A,et al. Tungsten carbide/diamond-like carbon multilayer coatings on steel for tribological applications [J]. Surface & Coatings Technology,2001,148: 277-283.
点击浏览原文
[64] Li F,Zhang S, Kong J,et al. Multilayer DLC coatings via alternating bias during magnetron sputtering [J]. Thin Solid Films,2011,519: 4910-6.
点击浏览原文
[65] 沟引宁,孙鸿,黄楠,等. 磁过滤真空弧源沉积技术制备C/C多层类金刚石膜及其摩擦磨损性能研究 [J]. 摩擦学学报,2006,26: 121-124. Gou Y N, Sun H, Huang N, et al. Fabrication and tribological characterization of multilayer C/C films prepared by filtered cathodic vacuum arc technology [J]. Tribology, 2006,26(2): 121-124(in Chinese).
点击浏览原文
[66] Wang J J,Pu J B,Zhang G A,et al. Interface architecture for superthick carbon-based films toward low internal stress and ultrahigh load-bearing capacity [J]. ACS Applied Materials & Interfaces,2013,5: 5015-24.
点击浏览原文
[67] Wang J J,Pu J B,Zhang G A,et al. Architecture of superthick diamond-like carbon films with excellent high temperature wear resistance [J]. Tribology International,2015,81: 129-138.
点击浏览原文
[68] Wang Y X,Wang L P, Wang S C,et al. Nanocomposite microstructure and environment self-adapted tribological properties of highly hard graphite-like film [J]. Tribology Letters,2010,40: 301-310.
点击浏览原文
[69] Wang P, Wang X, Liu W M, et al. Growth and structure of hydrogenated carbon films containing fullerene-like structure [J]. Journal of Physics D: Applied Physics,2008,41: 085401-7.
点击浏览原文
[70] Wang Q, Wang C B, Wang Z,et al. Fullerene nanostructure-induced excellent mechanical properties in hydrogenated amorphous carbon [J]. Applied Physics Letters,2007,91: 141902.
点击浏览原文
[71] 蒲吉斌,万善宏,胡天昌,等. 离子液体/织构化类金刚石碳复合润滑薄膜的构筑及其摩擦学性能的研究 [J]. 摩擦学学报,2012,32(5): 472-479. Pu J B,Wan S H,Hu T C,et al. Fabrication and tribological study of ionic liquid /texturing diamond-like carbon composite lubrication films [J]. Tribology, 2012,32(5): 472-479(in Chinese).
点击浏览原文
[72] Dumitru G,Romano V,Weber H P,et al. Laser treatment of tribological DLC films [J]. Diamond and Related Materials,2003,12: 1034-40.
点击浏览原文
[73] Dumitru G,Romano V,Weber H P,et al. Femtosecond laser ablation of diamond-like carbon films [J]. Applied Surface Science,2004,222: 226-233.
点击浏览原文
[74] Ding Q,Wang L P,Wang Y X,et al. Improved tribological behavior of DLC films under water lubrication by surface texturing [J]. Tribology Letters,2011,41: 439-449.
点击浏览原文
[75] Ding Q,Wang L P,Hu L T,et al. An explanation for laser-induced spallation effect in a-C:H films: Altered phase evolution route caused by hydrogen doping [J]. Journal of Applied Physics,2011,109: 013501.
点击浏览原文
[76] Ding Q,Wang L P,Hu L T,et al. The pairing-dependent effects of laser surface texturing on micro tribological behavior of amorphous carbon film [J]. Wear,2012,274: 43-49.
[77] He D Q,Zheng S X,Pu J B,et al. Improving tribological properties of titanium alloys by combining laser surface texturing and diamond-like carbon film [J]. Tribology International,2015,82: 20-27.
点击浏览原文
[78] WangY,Wang L P, Wang S C,et al. From natural lotus leaf to highly hard-flexible diamond-like carbon surface with superhydrophobic and good tribological performance [J]. Surface & Coatings Technology,2012,206: 2258-64.
点击浏览原文
[79] Guan X Y,Wang L P. The Tribological performances of multilayer graphite-like carbon (GLC) coatings sliding against polymers for mechanical seals in water environments [J]. Tribology Letters,2012,47: 67-78.
点击浏览原文
[80] Wang L P,Guan X Y,Zhang G A. Friction and wear behaviors of carbon-based multilayer coatings sliding against different rubbers in water environment [J]. Tribology International,2013,64: 69-77.
点击浏览原文
[81] Wang Y X,Wang L P, Xue Q J. Controlling wear failure of graphite-like carbon film in aqueous environment: two feasible approaches [J]. Applied Surface Science,2011,257:4370-6.
点击浏览原文
[82] Wang Y X,Wang L P, Li J L,et al. Tribological properties of graphite-like carbon coatings coupling with different metals in ambient air and water [J]. Tribology International,2013,60: 147-155.
点击浏览原文
[83] Wang L P,Wang Y X,Wang Y F,et al. Tribological performances of non-hydrogenated amorphous carbon coupling with different coating counterparts in ambient air and water [J]. Wear,2013,300: 20-28.
点击浏览原文
[84] Wang Y X,Wang L P,Xue Q J. Improvement in the tribological performances of Si3N4, SiC and WC by graphite-like carbon films under dry and water-lubricated sliding conditions [J]. Surface & Coatings Technology,2011,205:2770-7.
点击浏览原文
[85] Wang Y X,Wang L P,Xue Q J. Improving the tribological performances of graphite-like carbon films on Si3N4 and SiC by using Si interlayers [J]. Applied Surface Science,2011,257: 10246-53.
点击浏览原文
[86] Wei X L, Zhang G A, Wang L P. Adsorption and tribo-chemistry aspects of nc-(W,Ti)C/a-C(Al) film with oil addition under boundary lubrication [J]. Tribology International,2014,80: 7-13.
点击浏览原文
[87] Liu X F,Wang L P,Xue Q J. A novel carbon-based solid-liquid duplex lubricating coating with super-high tribological performance for space applications [J]. Surface & Coatings Technology,2011,205: 2738-46.
点击浏览原文
[88] Liu X F,Wang L P,Xue Q J. High vacuum tribological performance of DLC-based solid-liquid lubricating coatings: influence of atomic oxygen and ultraviolet irradiation [J]. Tribology International,2013,60: 36-44.
点击浏览原文
[89] Liu X F,Wang L P,Xue Q J. DLC-based solid-liquid synergetic lubricating coatings for improving tribological behavior of boundary lubricated surfaces under high vacuum condition [J]. Wear,2011,271: 889-898.
点击浏览原文
[90] Liu X F,Wang L P,Pu J B,et al. Surface composition variation and high-vacuum performance of DLC/ILs solid-liquid lubricating coatings: influence of space irradiation [J]. Applied Surface Science,2012,258: 8289-7.
点击浏览原文
[91] Liu X F,Pu J B,Wang L P,et al. Novel DLC/ionic liquid/graphene nanocomposite coatings towards high-vacuum related space applications [J]. Journal of Materials Chemistry A,2013,1: 3797-809.
[92] Liu X F,Wang L P,Lu Z B,et al. Vacuum tribological performance of DLC-based solid-liquid lubricating coatings: Influence of sliding mating materials [J]. Wear,2012,292:124-134.
[93] Wang L P,Liu X F. Tribological behavior of DLC/IL solid-liquid lubricating coatings in a high-vacuum condition with alternating high and low temperatures [J]. Wear,2013,304:13-19.
点击浏览原文
[94] Cui L C, Lu Z B,Wang L P. Toward low friction in high vacuum for hydrogenated diamond like carbon by tailoring sliding interface [J]. ACS Applied Materials & Interfaces,2013,5: 5889-93.
[95] Cui L C, Lu Z B,Wang L P. Environmental effect on the load-dependent friction behavior of a diamond-like carbon film [J]. Tribology International,2015,82: 195-199.
点击浏览原文
[96] Cui L C,Lu Z B,Wang L P. Probing the low-friction mechanism of diamond-like carbon by varying of sliding velocity and vacuum pressure [J]. Carbon,2104,66: 259-266.
[97] Wang L P, Zhang G A, Wang Y X,et al. TiC/a-C:H nanocomposite coatings as substitute for MoS2-based solid lubrication in helium atmosphere [J]. Journal of Non-Crystalline Solids,2012,358: 65-71.
点击浏览原文
[98] Qi J W, Wang L P, Yan F Y,et al. Comparative study of microstructure and tribological behavior of TiC/a-C:H and a-C∶H coatings in a sand-dust environment [J]. Surface and Interface Analysis,2011,43: 836-846.
点击浏览原文
[99] Qi J W, Wang L P, Yan F Y,et al. Ultra-high tribological performance of magnetron sputtered a-C:H films in sand-dust environment [J]. Tribology Letters,2010,38: 195-205.
点击浏览原文
[100] Qi J W, Wang L P, Yan F Y,et al.. The tribological performance of selected solid lubricant films in sand-dust environments [J]. Wear,2011,271: 899-910.
[101] Qi J W,Wang L P, Yan F Y, et al. The tribological performance of DLC-based coating under the solid-liquid lubrication system with sand-dust particles [J]. Wear,2013,297: 972-985.
点击浏览原文
[102] Bai L C,Zhang G A,Lu Z B,et al. Tribological mechanism of hydrogenated amorphous carbon film against pairs: a physical description [J]. Journal of applied physics,2011,110: 033521.
点击浏览原文
[103] Wang L P,Bai L C,Lu Z B,et al. Influence of load on the tribological behavior of a-c films: experiment and calculation coupling [J]. Tribology Letters,2013,52: 469-475.
点击浏览原文
[104] Lu Z B, Wang L P, Zhang G A,et al. The dependence of energy dissipation on the elastic energy density of friction pairs in hard coating films [J]. Tribology Letters,2011,41: 435-438.
点击浏览原文
[105] Bai L C, Qi J W, Lu Z B,et al. Theoretical study on tribological mechanism of solid lubricating films in a sand-dust environment [J]. Tribology Letters,2013,49: 545-551.
点击浏览原文
http://dx.doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.002
中国科协主管,中国机械工程学会主办。
0

文章信息

蒲吉斌, 王立平, 薛群基
PU Ji-bin, WANG Li-ping, XUE Qun-ji
多尺度强韧化碳基润滑薄膜的研究进展
Progress in Strengthening and Toughening Carbon based Films
中国表面工程,2014,27(6):4-27
China Surface Engineering, 2014, 27(6):4-27.
http://dx.doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.002

文章历史

收稿日期: 2014-12-01
修回日期: 2014-12-04

作者简介

蒲吉斌(1979-), 男(汉), 甘肃天水人, 副研究员, 博士; 研究方向 : 碳基固体润滑薄膜、航空航天润滑材料
甘肃省兰州市天水中路18号 730000
中国科学院兰州化学物理研究所
Tel: (0931) 4968 080(王立平)
E-mail: lpwang@licp.cas.cn

工作空间