固体润滑国家重点实验室（LSL）知识库

金属表面在腐蚀环境中表面形成氧化层，在静态条件下具有腐蚀防护性能，但在腐蚀摩擦过程中表面的氧化层很容易被损伤并增加材料的磨损，在氧化性环境中腐蚀磨损尤为严重。本论文通过非平衡磁控溅射在304不锈钢表面制备非晶碳基薄膜以改善不锈钢在氧化环境中的耐腐蚀和腐蚀磨损性能，同时研究元素掺杂对非晶碳基薄膜在不同浓度条件下腐蚀及腐蚀摩擦性能的影响。研究内容和结论如下：

1. 通过非平衡磁控溅射制备不同Si含量的a-C:Si薄膜，并研究其在0.1M HNO₃条件下的腐蚀及腐蚀摩擦学性能，结果表明：随着Si含量的增加薄膜中sp²/sp³键比和内应力降低。在静态腐蚀环境中，随着Si含量的增加a-C:Si薄膜的阻抗增加。在腐蚀摩擦过程中掺Si明显降低a-C薄膜摩擦系数。

2. 系统的研究了Cr掺杂和Si掺杂a-C薄膜在0.1M、1.0M和5.0M HNO₃条件下静态腐蚀行为。结果表明：随着HNO₃浓度增加，腐蚀介质氧化性随之增加，三种碳基薄膜的腐蚀电流密度增加，耐腐蚀性能下降。其中金属Cr掺杂降低了a-C薄膜在0.1M和1.0M条件下的腐蚀电流密度，但在5.0M条件下a-C:Si薄膜表现出相对较好的耐腐蚀性能。

3. 针对a-C、a-C:Cr和a-C:Si薄膜在不同浓度HNO₃条件下腐蚀摩擦研究发现：随着HNO₃浓度增加三种薄膜的摩擦系数和磨损率也随之增加，这是由于边界润滑条件下HNO₃粘度随浓度增加，并且a-C:Cr和a-C:Si薄膜摩擦接触界面硬质氧化物的影响。

4. 在5.0M HNO₃条件下，通过改变载荷研究电化学腐蚀、纯机械磨损及腐蚀-磨损相互作用对a-C、a-C:Cr和a-C:Si薄膜损伤的影响，研究发现：随着载荷的增加三种薄膜摩擦前与摩擦稳定期的开路电位差增加，同时磨损体积也随之增加。载荷增加导致纯机械磨损分量随之增加，腐蚀-磨损交互作用对磨损总量的贡献减小，5N 条件下腐蚀-磨损交互作用的影响占30%~60%，其中a-C:Si薄膜在低载条件下腐蚀-磨损交互作用所占比例最小。

5. 通过XPS分析不同硝酸浓度条件下腐蚀后三种薄膜表面化学结构的变化，发现：a-C薄膜表面结构无明显变化，而a-C:Cr薄膜中Cr_xC_y相在低浓度条件下被氧化形成Cr₂O₃，高浓度条件下Cr₂O₃被溶解导致其耐腐蚀性能下降。a-C:Si薄膜腐蚀后表面Si-C键比例增加。