蘭州化物所制備摩擦自適應(yīng)類(lèi)金剛石碳基多元摻雜薄膜體系

在科技部863項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目支持下，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室薛群基院士和王立平研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)與英國(guó)南安普頓大學(xué)先進(jìn)摩擦學(xué)國(guó)家中心合作，在摩擦自適應(yīng)類(lèi)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(qiáng)韌化和低摩擦特性以及低環(huán)境敏感性集一體的類(lèi)金剛石薄膜一直是硬質(zhì)固體潤(rùn)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(qiáng)碳金屬元素多元共摻雜技術(shù)，結(jié)合第一性原理計(jì)算和有限元模擬等理論設(shè)計(jì)，首次系統(tǒng)性地制備了元素周期表中9種強(qiáng)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(lèi)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(qiáng)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(jì)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(guò)程的熱動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)兩相分離誘導(dǎo)低摩擦和自適應(yīng)特性機(jī)理。

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