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ta-C薄膜的高温摩擦机理研究

ta-C,多层结构,高温摩擦,磨损机理

本文研究了四面体非晶碳（ta-C）薄膜的高温摩擦性能。研究结果表明具有软、硬子层交替结构的多层ta-C薄膜在400 ℃下具有低摩擦系数（0.14），但在4600圈时突然失效。其磨损失效归因于接触区域ta-C薄膜的逐渐消耗。软/硬顶层的设计有效调节了多层ta-C薄膜的高温摩擦性能。添加硬顶层有助于获得低摩擦系数（0.11）和较小的磨损率（4.0×10^-7 mm³/Nm），而添加软顶层则损伤了润滑效果。由此推测，在高温下，ta-C薄膜的低摩擦机制主要由悬挂键的钝化主导，而摩擦引起的石墨化和富sp²碳质转移膜将诱发滑动界面处形成C-C键，导致严重的粘附力和润滑失效。此外，具有硬顶层的多层ta-C薄膜在500 ℃以下获得了优异的摩擦性能，而高温诱导的碳原子氧化和挥发导致了其在600 ℃时的磨损失效。