蘭州化物所制備摩擦自適應(yīng)類金剛石碳基多元摻雜薄膜體系

在科技部863項目和國家自然科學(xué)基金項目支持下，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點實驗室薛群基院士和王立平研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊與英國南安普頓大學(xué)先進(jìn)摩擦學(xué)國家中心合作，在摩擦自適應(yīng)類金剛石碳基納米復(fù)合薄膜研究上獲得了進(jìn)展。

具有優(yōu)異強韌化和低摩擦特性以及低環(huán)境敏感性集一體的類金剛石薄膜一直是硬質(zhì)固體潤滑薄膜領(lǐng)域研究突破的目標(biāo)。課題組采用多靶磁控濺射薄膜沉積技術(shù)，基于弱碳和強碳金屬元素多元共摻雜技術(shù)，結(jié)合第一性原理計算和有限元模擬等理論設(shè)計，首次系統(tǒng)性地制備了元素周期表中9種強碳與弱碳金屬Al共摻雜的碳基多元復(fù)合薄膜體系（nc－TiC／a－C（Al），nc－WC／a－C（Al），nc－CrC／a－C（Al），nc－ZrC／a－C（Al），nc－NbC／a－C（Al），nc－MoC／a－C（Al），nc－HfC／a－C（Al），nc－VC／a－C（Al）和 nc－TaC／a－C（Al））。該類薄膜均具有典型的納米晶／非晶復(fù)合結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的強韌化特征，并展示出一定摩擦學(xué)低環(huán)境敏感性。結(jié)合磨損表面微區(qū)拉曼光譜和FIB－HRTEM分析以及熱力學(xué)計算等，研究人員發(fā)現(xiàn)薄膜表面由于摩擦誘導(dǎo)產(chǎn)生的低剪切富碳層厚度在30納米左右，并提出了摩擦過程的熱動力學(xué)驅(qū)動兩相分離誘導(dǎo)低摩擦和自適應(yīng)特性機理。

相關(guān)結(jié)果發(fā)表在近期出版的Journal of Materials Chemistry（2012，22，15782）上