a-C:H膜在不同真空度下的摩擦学

运用非均衡磁控溅射技术在不銹钢及Sip（111）基材上制作了含氢无定形碳（a-C:H）薄膜，沉积的薄膜表层平滑，硬度标准高，内应力小，膜/基结合性好。运用球-盘磨擦实验机对薄膜在不一样真空度（1.0×105、5.0×10-2、1.0×10-2、5.0×10-3Pa）下的摩擦学行为进行了研究分析，结果显示，伴随着真空度的上升，薄膜的摩擦阻力渐渐减少，磨损度渐渐变大。在5.0×10-3Pa时，a-C:H膜的摩擦学行为出现突然变化，这时薄膜的摩擦阻力为0.005，而耐磨损使用寿命很短。高真空中，薄膜使用寿命的突然变化将会与薄膜脱氢而结构产生变化有关。
　　区域环境的非常重要特点之一就是高真空， 环镜下，金属表层的氧化膜在磨擦的过程中迅速被去除，清洁金属表层间非常容易出现黏着，甚至于冷焊，造成磨擦副不可以相对运动，这相对于空間活动部件来讲是致命的。除此之外，常用的油脂润滑液在严苛的真空环境下，易出现挥发、溶解或交联而无效。所以，空间技术重要活动部件在真空环境中的润滑无效现已成为了制约空間技术设备使用寿命和稳定性的瓶颈，所以，发展适用于高真空的高可靠性、超长使用寿命的润滑材料与技术有着非常重要意义。固态润滑材料由于有着低的挥发率、较宽的溫度的范围、防辐射、抗腐蚀等优势，是理想的真空润滑材料。含氢非晶碳膜（a-C:H）做为1种最新型的固态润滑薄膜，有着硬度高、低摩擦阻力、高耐磨性能、优良的化学稳定性等，在空間高技术领域显示了非常重要的应用前景和价值。
　　a-C:H膜是介于金刚石碳和石墨碳间的1种非晶亚稳态结构，由特定比例的sp3、sp2杂化碳原子构成，与此同时包含一定的氢原子。因制作方式 以及检测条件、环镜气氛等原因的不一样，它的摩擦阻力可在0.001～0.65的范围内变化。Donnet研究分析了a-C:H膜在大气压及不一样真空条件下的摩擦学行为，结果显示，在不一样的真空度下，a-C:H膜的磨擦磨损行为相差比较大，伴随着真空度的上升，a-C:H膜的摩擦阻力减少。
　　表层钝化悬键概念和磨擦化学概念来揭露真空度与a-C:H膜的摩擦阻力相互关系。高H含量的a-C:H膜表层的悬键大多数被H钝化，在与对偶作用时形成较弱的范德华力，故在真空环境中呈现出极低摩擦阻力;而大气环境中，由于磨擦化学作用，造成材料表层氧化，增加了与对偶间的相互影响，引起摩擦阻力上升。做为空間润滑材料，高真空中的耐磨损使用寿命是a-C:H膜性能评价非常重要指标。