NCD膜(nano-crystalline diamond film)具备金刚石膜高硬度、低摩擦系数、高韧性等优越性能,将NCD膜用作Si3N4陶瓷表面的减摩耐磨涂层,可降低摩擦系数,增加Si3N4陶瓷表面硬度和耐磨性,提高Si3N4陶瓷零件的使用性能。在接触应力作用下造成的接触疲劳失效是脆硬材料失效的主要形式之一,本文开展Si3N4陶瓷表面NCD涂层的滚动接触疲劳性能研究,为高疲劳性能的NCD膜制备及NCD膜的应用提供依据。本文的主要工作和取得的成果如下:(1)应用有限元软件对NCD膜滚动接触问题进行了分析研究,研究了外加载荷及NCD膜材料特性(NCD膜弹性模量、NCD膜厚度)对应力场分布的影响,获得了NCD/Si3N4接触正应力场及剪切应力场分布。分析结果表明NCD膜弹性模量和厚度对NCD膜内应力场分布影响显著;载荷与应力值成线性关系,对应力场分布无明显影响。对NCD/Si3N4而言,最大剪切应力均发生在NCD膜与Si3N4基体的结合界面。(2)开展了Si3N4基体上NCD涂层的制备试验研究,通过优化工艺参数,采用HFCVD法在H2-CH4-Ar的体系下成功地在Si3N4基体上沉积出高质量的NCD膜。利用Raman光谱、SEM、AFM、纳米压痕仪等现代理化分析手段对制备的NCD膜进行了分析测试。(3)展开了Si3N4基体上NCD涂层的接触疲劳性能试验研究。结果表明涂层的疲劳破坏形式有界面脱粘、涂层剥落及涂层内部脱落三种。疲劳裂纹起源于与滚动方向垂直且表面存在宏观微粒或基体内部的夹杂、气孔等微观缺陷处,随着循环次数不断增加,裂纹开始向平行和垂直于滚动方向的四周扩展,导致涂层出现各种不同的疲劳破坏。