中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心知识库

针对橡胶密封件磨损失效问题，利用磁控溅射技术在丁腈橡胶表面制备了硬质碳基薄膜，系统研究了等离子体预处理偏压、中间层厚度及沉积偏压对薄膜膜基结合强度、承载能力及摩擦学性能的影响，并开展了改性橡胶密封实件台架试验验证。主要研究结果如下： 1. 通过对丁腈橡胶表面进行氩等离子预处理，主要研究了预处理偏压对其表面碳基薄膜结合强度及摩擦学性能的影响。预处理偏压显著影响丁腈橡胶表面形貌及微结构，高偏压（≥-700 V）预处理能够打断丁腈橡胶表面分子链（主要是C-H键）产生大量悬键，赋予橡胶表面更高的化学活性，有利于橡胶表面与碳膜形成化学键合而有效提高薄膜结合强度和耐磨性。 2. 对比研究了不同Si中间层厚度对硬质硅基底和丁腈橡胶基底表面碳薄膜结合强度、承载能力和摩擦学性能的影响。相同薄膜沉积在橡胶表面和硅片表面展现出完全不同的结构和性能。引入中间层后，其厚度存在最优值。即当Si中间层厚度为~1.04 µm时，丁腈橡胶表面碳薄膜中sp2含量最高，有利于缓解薄膜内应力而提高结合强度和摩擦学性能。 3. 主要研究了薄膜沉积偏压对有无Si中间层的上层碳薄膜微结构、结合强度、承载能力和摩擦学性能的影响。基底偏压显著影响有中间层的薄膜生长机理和微结构。中间层并没有改善碳薄膜膜基结合强度，但却显著增强了薄膜承载能力，高偏压下（≥700V）有Si中间层的薄膜摩擦系数和磨损率比无Si中间层的薄膜低。薄膜经1500000转摩擦后其摩擦系数仍小于原始丁腈橡胶摩擦系数，即其具有优异的抗磨损特性。 4. 对改性后丁腈橡胶密封件综合性能进行测试，其在机械性能、质密性及密封性方面均能满足指标要求。经4000次台架磨合试验后，油端和气端密封圈表面光洁无异常磨损，能够满足使用要求。

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