固体润滑国家重点实验室（LSL）知识库

    本论文综述了磁控溅射技术和类金刚石薄膜（Diamond-like carbon based films，简称DLC）的研究进展。以此确定了研究思路，用射频磁控溅射技术制备了金属掺杂DLC薄膜（Ti-DLC、Mo-DLC及Al-DLC薄膜），研究了它们的组成、结构、性能以及其相互的关系规律。主要研究结果如下：

    1.在不同射频功率下制备出了一系列纳米碳环/Ti-DLC多层复合薄膜。分析了薄膜的成分和金属元素含量，定性、定量分析了薄膜中的纳米碳环结构，并考察了其机械和摩擦学性能。结果表明：所制备的薄膜的中金属元素含量较低（小于1.5 at.%），且是以原子形式存在，对薄膜的性能影响较小；而纳米碳环对薄膜的性能有着显著的影响。当薄膜中纳米碳环相对含量较高时，薄膜表现出较低的摩擦系数（0.028）和磨损率（3.54×10^-7 mm³/Nm）、良好的弹性恢复率（66%）及较低的硬度（9.8GPa）。

    2.在不同基底偏压下制备出了一系列Mo-DLC薄膜。考察了基底偏压对于薄膜结构和性能的影响。结果表明：当基底偏压从-900 V增加到-1100 V时，能量粒子的刻蚀作用随之增强，使得薄膜厚度从1.68 μm减小到了1.09 μm，而薄膜中金属元素含量、薄膜的纳米硬度和弹性模量受偏压影响较小。而基底偏压增加对薄膜的内应力有着显著影响，当基底偏压增大时，内应力由-0.31 GPa增加到了-1.05GPa。在适当的偏压下，薄膜表现出较小的摩擦系数和磨损率。

    3.制备了一系列Al含量不同的Al-DLC薄膜。通过调控射频功率并改变薄膜中Al元素含量，考察了Al掺杂对与薄膜成分、结构和摩擦学性能的影响。结果表明：Al元素掺杂使得薄膜中的sp³-C生长受到抑制，sp²-C增加。当Al元素含量由0.21 at.%上升到0.43 at.%时，薄膜的纳米硬度从18.5 GPa下降到了16.1 GPa，但薄膜表面石墨化程度增强，吸附水分子能力增强，在水介质下的摩擦阻力变小，从而使得摩擦磨损减小。在Al元素含量适量时，Al-DLC薄膜在空气和水介质中均具有优异的摩擦学性能。