【摘 要】
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类金刚石碳基(Diamond like carbon,DLC)薄膜作为兼具高硬度、低摩擦、高耐磨性的固体润滑材料,近年来在学术界和工业领域引起了研究热潮。但是该薄膜内应力大、膜-基结合强度
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类金刚石碳基(Diamond like carbon,DLC)薄膜作为兼具高硬度、低摩擦、高耐磨性的固体润滑材料,近年来在学术界和工业领域引起了研究热潮。但是该薄膜内应力大、膜-基结合强度低、摩擦学行为的环境敏感性高仍然是制约其大规模应用的技术难题。本论文利用喷焊和物理气相沉积技术在316L不锈钢基底表面制备镍基涂层(Ni60C)/DLC薄膜(a-C、a-C:H、a-C:Cr)复合防护体系,与直接在316L不锈钢表面制备的三类DLC薄膜对比分析,评价两种防护体系的力学性能及摩擦学性能。主要结论如下:(1)Ni60C涂层的引入对于三类薄膜的结构、硬度和弹性模量影响不显著,但是会大幅提升薄膜的膜-基结合强度。这主要归因于Ni60C涂层作为支撑层,其硬度和屈服强度远高于316L不锈钢,热膨胀系数小于316L,提高了DLC薄膜的承载能力,减小了薄膜的内应力。(2)引入Ni60C涂层后,三类薄膜在大气、5wt.%H2SO4溶液和5wt.%NaOH溶液中的耐磨损性能均显著提高,这主要归因于Ni60C涂层作为支撑层,有效抑制了薄膜在摩擦过程中的石墨化进程,减小了在摩擦过程中因摩擦接触应力导致薄膜出现大面积的脱落、失效的几率,提高薄膜耐磨损性能。(3)在大气环境中两种体系的a-C:H薄膜磨损率均最低,a-C:Cr薄膜磨损率最高。这主要归因于在摩擦过程中,a-C:H薄膜在磨痕和磨斑表面均形成了石墨化转移膜,阻隔了摩擦界面的直接接触;a-C:Cr薄膜中的CrxCy等硬质相会在摩擦过程中脱落形成的磨粒,伴随着摩擦形成犁沟,增大摩擦接触界面的粗糙度,形成典型的磨粒磨损,增大了薄膜磨损率。(4)在5wt.%H2SO4溶液中两种体系的a-C:H薄膜和a-C:Cr薄膜腐蚀磨损率较低,a-C薄膜腐蚀磨损率最高。分析认为a-C:H薄膜表面会生成钝化膜,阻隔了腐蚀液的渗入;a-C:Cr薄膜中的CxCry相等会堵塞腐蚀通道,减小薄膜的腐蚀磨损率。(5)在5wt.%NaOH溶液中两种体系的a-C:H薄膜和a-C薄膜腐蚀磨损率较低,a-C:Cr薄膜腐蚀磨损率最高。分析认为a-C:Cr薄膜在NaOH溶液中的自腐蚀电位最低,腐蚀电流密度最高,加剧薄膜磨损。
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