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机械系统中存在大量影响机构运动精度、可靠性的运动副。一般情况下,运动副采用以润滑油脂进行润滑的滚动/滑动轴承。但对于一些特殊的运行情况,如:运动空间受限、无法使用润滑油脂以及重载、低速、往复运动下难以形成油膜的场合,由于结构、工作状态、运行参数、运行环境等因素的制约,无法使用常规滚动/滑动轴承。在这些特殊的场合,通常使用自润滑运动副这种结构形式,自润滑关节轴承作为其中的典型代表,用量大范围广,是实现传动的重要零部件。我国对自润滑关节轴承的研究起步较晚,自主研发的自润滑关节轴承服役寿命不足世界先进水平的一半,重要武器装备和航天航空中使用的自润滑关节轴承大多依赖进口,目前已受到进口限制,为了避免未来出现“卡脖子”的局面,开展关节轴承自润滑涂层设计与服役性能研究。(1)利用非平衡磁控溅射在06Cr19Ni10不锈钢基体和单晶硅片(111)上制备过渡层、纯DLC、Cr-DLC、Cu-DLC、Cr/Cu-DLC薄膜,并对薄膜结构、力学性能、摩擦磨损性能、结合力、协同变形能力进行表征和测试。结果表明:Cr元素对碳基薄膜结构和成分的影响较大,铜元素次之,主要影响sp~2和sp~3杂化键的比例以及异质相的弥散。适量的Cr和Cu掺杂可有效提升DLC薄膜的力学性能,显著降低内应力,但过量的掺杂反而会破坏非晶碳基质的完整性和连通性,且Cr和Cu作为强塑性金属,导致力学性能大幅度下降。(2)对摩擦磨损的测试中表明:适量的双组元(Cr/Cu)掺杂薄膜的自润滑性能要优于单一金属掺杂的薄膜,相比纯的DLC薄膜略微升高,且耐磨性均优于其他薄膜,但过量掺杂导致薄膜摩擦学性能严重下降。(3)由于自润滑关节轴承特殊的结构和装配工艺,薄膜的协同变形能力是确保薄膜能否应用于工程的首要条件,使用自主设计的试样弯曲装置对薄膜进行测试。结果表明:纯DLC、Cr-DLC、Cu-DLC在弯曲时,基体、过渡层和薄膜之间均出现不同程度的剥离和断裂,Cr/Cu-DLC薄膜结合良好,未出现剥离和断裂。本研究初步实现了关节轴承自润滑涂层的设计与服役性能研究,为后续研究提供理论指导。