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

目的 为含氢碳薄膜在甲醇发动机中应用提供新思路。方法 首先利用 BiP–PECVD 方法在 Si 基底上制备了含氢碳薄膜，并在 500 ℃于 Ar 气氛中进行 1 h 退火处理。通过纳米硬度、X 射线光电子能谱、傅里 叶转变红外光谱、激光共聚焦拉曼光谱、场发射扫描电镜、CSM 摩擦试验机等，分别评价未退火和 500 ℃ 退火含氢碳薄膜的结构、力学性能、表面形貌及在干燥空气和甲醇环境中的摩擦学性能。通过对比，研究 甲醇的引入对 500 ℃退火含氢碳薄膜摩擦学行为造成的影响。结果 500 ℃退火会改变含氢碳薄膜中碳的杂 化方式由 sp3 –C 向 sp2 –C 转变，促使薄膜石墨化，C==C/C—C 的值明显增大（从 0.67 到 0.99），硬度降低 （从 26.5 GPa 到 22.0 GPa），弹性模量几乎不变，H/E 减小，耐磨性变差。在干燥空气中，与未退火碳薄膜 相比，500 ℃退火含氢碳薄膜的摩擦因数降低（从 0.031 到 0.024），磨损率增加了 1.27 倍，而相应摩擦对 偶球的磨损降低（从 4.22×10–6 mm3到 3.99 ×10–6 mm3 ）。而在甲醇环境下，500 ℃退火含氢碳薄膜的摩擦 因数增高（从 0.052 到 0.062），磨损率增加了 15.11 倍，相应摩擦对偶球的磨损也增高（从 6.16×10–6 mm3到 13.9×10–6 mm3 ）。但是，未退火含氢碳薄膜在甲醇环境中的磨损率是干燥环境中的 1/2.84，表现出降低趋势； 500 ℃退火的含氢碳薄膜在甲醇环境中的磨损率是干燥环境中的 4.14 倍。结论 含氢碳薄膜经过 500 ℃退火会造成薄膜内部碳原子杂化方式转变，薄膜石墨化，这对干燥环境中薄膜的摩擦学性能有所提高，但并不利于其甲醇环境中的摩擦。