【摘 要】
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掺钨类金刚石薄膜（W-DLC）由于WC纳米晶的存在使其具有优秀的抗磨性能,且钨元素的掺杂有加强了其高温摩擦稳定性。本研究利用磁控溅射系统制备低钨含量W-DLC薄膜（W含量:4.5 wt%）,并在大气环境下进行退火,温度范围为100-500℃。在此基础上利用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱、X射线衍射光谱（XRD）、CSM摩擦磨损试验机等途径研究了退火温度对W-DLC薄膜表
【基金项目】
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国家自然科学基金（51875537）； 北京自然科学基金（31720263182032）； 国家“十三五”规划预研项目（61409230603）； 重点大学基础研究基金（2652018094）；
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掺钨类金刚石薄膜（W-DLC）由于WC纳米晶的存在使其具有优秀的抗磨性能,且钨元素的掺杂有加强了其高温摩擦稳定性。本研究利用磁控溅射系统制备低钨含量W-DLC薄膜（W含量:4.5 wt%）,并在大气环境下进行退火,温度范围为100-500℃。在此基础上利用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱、X射线衍射光谱（XRD）、CSM摩擦磨损试验机等途径研究了退火温度对W-DLC薄膜表面形貌,微观机构,力学性能及油润滑下摩擦行为的影响,分析摩擦反应并探讨摩擦机理。本实验中选用的两种添加剂分为常见的摩擦改进剂——二烷基二硫代氨基甲酸钼（MoDTC）和极压抗磨剂——二烷及二硫代磷酸锌（ZDDP）。（1）退火后W-DLC薄膜的厚度随退火温度升高而降低。W-DLC薄膜退火后发生石墨化,且在400℃发生氧化,在500℃薄膜致密性被破坏,薄膜的力学性能随退火温度的升高而下降。（2）PAO条件下,经200和300℃退火的W-DLC薄膜的摩擦系数在较低,在300℃退火的薄膜出现磨损率的最小值。其主要原因为退火后薄膜样品表面出现石墨化现象,因此降低摩擦系数,且一定程度的石墨化有利于表明磨粒的去除。（3）PAO+MoDTC条件,由于MoDTC的摩擦反应产物MoS2具有良好的润滑作用,摩擦系数较PAO下降。当温度达到400℃,摩擦学机制从石墨碳与MoS2的复合作用转成WO3与MoS2的复合作用。（4）PAO+ZDDP条件下,经100℃退火的W-DLC薄膜的摩擦系数下降,但随这退火温度的升高薄膜摩擦系数增加,并认为薄膜的摩擦系数主要随退火后薄膜力学性能的下降而增大。在此条件下,ZDDP起到的抗磨作用并不明显,摩擦学机制是岛状的磷酸盐与石墨碳的交互作用。（5）PAO+MoDTC+ZDDP条件下,经不同温度退火的W-DLC薄膜磨痕处和GCr15钢球均有致密的磷酸盐摩擦反应物生成,因此退火后薄膜摩擦系数相近。而摩擦反应膜明显生长相较PAO+ZDDP更好,因此磨损相较其明显下降。
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