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类石墨型非晶碳膜的热稳定性差限制了其使用范围。本文提出在非晶碳膜工作层中同时掺入强碳化物形成元素和强氧化物形成元素,制备双迟滞碳氧化型组元互补掺杂的非晶薄膜,在最大限度保持其良好力学及摩擦学性能的基础上,利用掺杂相的不同作用机制共同迟滞O与C在摩擦接触表面的结合速率,提高薄膜的极限服役温度。由于镀膜设备的限制,存在靶位不足的问题使得常用的Cr靶无处安置。本文采用磁控溅射技术制备了不同金属Me-C(Cr、Mo、Al、Ti)梯度复合结合层,对比其膜基结合强度确定出较优的非Cr结合层材料,扩大非晶碳膜结合层材料的选择范围,在此基础上制备了 Me-C二元完整薄膜,通过对比其力学性能及抗热氧化能力优选出非Cr掺杂二元非晶碳膜(Mo-C、Ti-C),以其工艺参数为基础,制备了不同掺杂含量的Mo-Al-C、Ti-Si-C双抗热氧化机制互补掺杂非晶碳膜,对其性能结构进行了表征。研究结果表明:制备的Cr-C、Mo-C、Al-C、Ti-C梯度复合结合层厚度分别为398 nm、423 nm、385 nm、370nm,Cr-C、Mo-C、Ti-C 结合层的膜基结合强度评定为 HF2,Al-C结合层为HF3,Cr-C、Mo-C、Ti-C结合层能与高速钢基体良好结合。沉积态的Cr-C、Mo-C、Ti-C二元非晶碳膜均为以sp2杂化碳键为主的类石墨碳基薄膜,掺杂金属相的体积百分比分别为11 vol%、10.4 vol%、12.0 vol%,工作层厚度分别为851nm、889nm、899nm,其结合强度等级均为HF2。与GCr15钢球对磨,2N载荷时摩擦系数分别为0.201、0.243、0.179,10N载荷时摩擦系数分别为0.167、0.159、0.352,显示出良好的减摩特性。Cr-C、Mo-C、Ti-C薄膜在不同载荷下的磨损率在0.56～1.85×10-16 m3/(N·m)范围内。以Cr-C薄膜为比较,Mo-C、Ti-C二元非晶碳膜具有良好的力学及摩擦学性能。Cr-C二元非晶碳膜在400℃退火时薄膜表面出现密集的破损点,薄膜结构崩溃,力学性能变差。Mo-C薄膜在400℃退火时失碳量较少,薄膜结构完整,膜基结合强度良好,摩擦系数较小且稳定。Ti-C薄膜在400℃退火时碳损失较多,薄膜发生氧化失效。Cr-C、Ti-C薄膜的极限热服役温度为350℃,Mo-C薄膜的极限热服役温度为400℃。在Mo-C、Ti-C二元薄膜的基础上,分别向工作层中引入Al、Si制备了 Mo-Al-C、Ti-Si-C三元非晶碳膜。Mo-Al-C薄膜经450℃退火处理后,薄膜结构完整,碳损失量少,摩擦系数随着退火温度的升高而降低。A1含量为2.06 at%的Mo-Al-C薄膜在450℃以内退火磨损率为0.61～6.30×10-16m3/(N·m),膜基结合强度为HF2-HF4。Ti-Si-C非晶碳膜在450 ℃退火处理后,薄膜结构保持完整,相对失碳量少,膜基结合强度为HF1-HF2,摩擦系数保持在0.05～0.12之间,含Si量8.91 at%的Ti-Si-C薄膜在450 ℃以内退火后薄膜磨损率为0.15～2.17×10-16 m3/(N·m)。Mo-Al-C和Ti-Si-C三元非晶碳膜在450 ℃退火时均未发生薄膜的氧化失效,表明双迟滞碳氧化型元素互补掺杂有效地提高了非晶碳膜的极限热服役温度。