含氢类富勒烯碳薄膜不同载荷下的磨损寿命研究

摘要

碳基薄膜在不同载荷工况下磨损寿命变化是影响其动态服役的关键,通常情况下,含氢碳薄膜的寿命随载荷增加而降低,但是含氢类富勒烯碳薄膜作为一类特殊结构的薄膜,其寿命随载荷的变化规律尚不清楚.本文采用直流电源激发等离子体辅助化学气相沉积的方法在硅片表面制备了含氢类富勒烯碳薄膜,研究了薄膜的磨损寿命随载荷的变化关系.采用球-盘往复摩擦实验机评价了薄膜的摩擦因数及磨损寿命,使用纳米压痕仪研究了薄膜在不同载荷下和不同磨损时间的磨痕硬度.结果显示,薄膜的磨损寿命随载荷的增加未发生明显变化;不同载荷下,在磨合期,摩擦表面发生了塑性变形,形成了硬化层,导致磨痕表面硬度(H)增加;摩擦因数稳定后,磨痕硬度不再变化;随着载荷变大,摩擦初期磨痕表面硬度增大;薄膜的磨损寿命(T)与载荷(W)的乘积(TW)与H成正比例关系,即载荷增加,薄膜表面硬度也随之增加,磨损降低,磨损寿命保持稳定.