类金刚石薄膜(DLC)由金刚石相(sp3碳杂化结构)和石墨相(sp2碳杂化结构)组成,具有众多优良的性能,如硬度高、摩擦系数低、透光性能好、化学性质稳定。柴油机摩擦副的一些关键部件(如活塞销)受到周期性的交变机械载荷和热载荷的作用,经常发生粘着和异常磨损失效。为了提高柴油机活塞销的摩擦磨损性能,本研究以材料为20CrMnTi钢活塞销为对象,在活塞销表面沉积了四种不同的DLC涂层。具体工作如下:(1)利用等离子体增强化学沉积法(PECVD)在活塞销表面沉积了纯DLC涂层,利用磁控溅射的方法分别在活塞销表面沉积了掺杂W的DLC涂层(W-DLC)、掺杂Cr的DLC涂层(Cr-DLC)和掺杂Cr、Ti的DLC涂层(CrTi-DLC)等三种掺杂金属的DLC涂层,优化了工艺参数,缩短了沉积的时间。(2)运用三维形貌仪、超景深显微镜、扫描电子显微镜(SEM)对涂层微观形貌进行了观测,运用X射线衍射仪分析了不同DLC涂层表面生成的物相。(3)运用自主研制的活塞销表面摩擦系数测试仪器分别对无涂层活塞销、纯DLC涂层活塞销、三种掺杂金属的DLC涂层活塞销进行了摩擦系数测试,并分析了磨痕微观形貌。(4)运用国产划痕仪分别对四种不同DLC涂层与基体的结合力进行了测试,结合声发射法、切向摩擦力变化法还有显微观察法三种方法对涂层与基体的结合力进行了综合评定。研究结果表明:几种DLC涂层的三维形貌类似,表面总体光滑致密,有极少数的凸起与凹陷,粗糙度的比较上掺杂Cr的DLC涂层优于其他DLC涂层;在物相分析过程中,发现掺杂金属的DLC涂层表面生成了金属化合物;在摩擦实验中,发现涂有DLC涂层的活塞销的摩擦系数均要优于没有涂层的活塞销,且在所有DLC涂层中,纯DLC和掺杂Cr的DLC涂层摩擦性能最为优良;在膜-基结合力测试中,发现掺杂金属的DLC涂层的结合力性能都要优于纯DLC涂层,其中掺杂Cr的DLC涂层与掺杂Cr、Ti的DLC涂层结合力明显优于其他两者,掺杂Cr的DLC涂层稍优于掺杂Cr、Ti的DLC涂层。综合来看掺杂Cr的DLC涂层具有良好的微观形貌、抗磨减摩性能优良、与基体结合强度大,如果作为活塞销表面涂层,能够在一定程度上解决柴油机活塞销磨损失效的问题。