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非晶碳氢(amorphous hydrogenated carbon,简称a-C:H)薄膜因其具有高的硬度、低的摩擦系数、良好的化学惰性等优异的性能,被认为是最有潜质的减摩抗磨润滑材料之一。但目前在使用过程中存在着内应力高、膜基结合力差、摩擦学性能不稳定等问题。本论文通过射频磁控溅射技术制备了不同类型的a-C:H多层薄膜,并通过在a-C:H亚层加入软金属纳米粒子来改善多层薄膜的力学性能,考察了不同调制周期对薄膜微观结构、表面形貌、力学性能以及摩擦学性能的影响,并研究了薄膜组成—结构—力学性能—摩擦学性能之间的关系。主要成果如下:(1)通过射频磁控溅射沉积技术成功制备了不同调制周期的Si/a-C:H多层薄膜,膜基及层间界面结合良好,层间界面处形成了SiC;薄膜的硬度随着调制周期的减小先增大后减小。具体如下:在调制周期为456 nm时,其硬度最高,这主要归因于薄膜碳网络的整体性;随着调制周期的减小,碳网络的整体性被破坏,然而,进一步减小调制周期(171 nm),SiC硬质相随着层间界面的增多而增多,薄膜的硬度升高。(2)Si/a-C:H多层膜在不同环境(空气,酸雨模拟液,NaCl溶液)中的摩擦学性能,研究表明,薄膜在不同测试环境中的摩擦学性能差别较大:在空气中,薄膜的摩擦系数较高,这主要与薄膜的硬度有关;在酸雨模拟液中,薄膜的摩擦系数最低,这与硅酸润滑相的形成有关;在NaCl盐溶液中,摩擦系数居中,这是由于硅酸钠抑制硅酸形成,增加了摩擦磨损。(3)通过射频磁控溅射沉积技术成功制备了不同调制周期的Si/Ag-C:H多层薄膜。薄膜的硬度及弹性模量主要与调制周期以及Ag含量有关。当调制周期为512 nm时,其具有最高的硬度以及弹性模量,这主要归因于Ag粒子的掺入起到了纳米增强作用,但并未降低碳网络的刚性和连通性;当调制周期为250 nm时,其具有较高的硬度以及弹性模量,这主要归因于SiC硬质相的增多以及适当的Ag含量。(4)在体液的摩擦环境中,Si/Ag-C:H多层膜整体呈现了良好的摩擦学性能。当调制周期为250 nm时,摩擦系数最低,这主要与体液中发生的摩擦化学反应(生成润滑相硅酸)以及Ag元素的润滑作用有关。(5)通过射频磁控溅射沉积技术成功制备了不同调制周期的Si/Cu-C:H多层薄膜。随着调制周期的减小,Si/Cu-C:H多层薄膜的硬度及弹性模量呈现先减小后增加的趋势,当调制周期为977 nm时,薄膜的硬度及弹性模量最高,这主要归因于Cu粒子的纳米增强作用,当调制周期为414 nm时,薄膜的硬度及弹性模量最低,这主要归因于Cu颗粒使结构弛豫降低了薄膜的硬度。(6)Si/Cu-C:H多层薄膜在体液的摩擦环境中,当调制周期为103 nm时,Si/Cu-C:H多层膜的摩擦系数最低且稳定,这主要与体液中发生的摩擦化学反应(生成润滑相硅酸)以及Cu的润滑作用有关;当调制周期为984nm时,Si/Cu-C:H多层膜的摩擦系数较低且稳定,这主要与薄膜的硬度以及形成的富Cu碳转移膜有关。