1、類金剛石(DLC)薄膜因其諸多獨(dú)特的性能，包括高硬度、低摩擦系數(shù)、高電阻率、高熱導(dǎo)率、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和突出的抗腐蝕能力等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在機(jī)械、信息技術(shù)、航空航天、光學(xué)和醫(yī)學(xué)等方面得到了廣泛應(yīng)用。近來，DLC薄膜的復(fù)合化與多功能化逐漸成為研究熱點(diǎn)。本文結(jié)合航空航天需要，旨在探索類金剛石基固體潤滑復(fù)合薄膜的制備與性能表征。 采用等離子體增強(qiáng)磁控濺射法成功制備了WxC及WS2引入的類金剛石基固體潤滑復(fù)合薄膜。通過原子力顯微鏡、掃描電鏡(

2、能譜儀)、透射電鏡、拉曼光譜儀、納米壓痕硬度測(cè)試、膜基結(jié)合力測(cè)試和摩擦系數(shù)測(cè)試考察了沉積總氣壓(Pt)、直流沉積偏壓(Ud)、WS2靶濺射功率(Pws2)等工藝參數(shù)對(duì)薄膜性能的影響。 結(jié)果表明：采用磁控濺射法制備的復(fù)合薄膜也具有典型的類金剛石結(jié)構(gòu)肩峰特征，但WS2和WxC的引入使薄膜復(fù)合化之后引起sp3鍵含量一定程度的下降；改變沉積偏壓(Ud)，可改變沉積速率和沉積粒子的能量，進(jìn)而控制薄膜中sp3鍵，在Ud=-200V時(shí)，復(fù)合薄

3、膜有最高含量sp3鍵。復(fù)合薄膜主要以層狀方式長大，WS2和WxC顆粒則島狀生長，尺寸約300nm。元素W主要以WC、單質(zhì)W和WO3的形式存在。 復(fù)合薄膜的力學(xué)性能隨沉積參數(shù)變化較大，硬度和彈性模量隨沉積總氣壓以及沉積偏壓的絕對(duì)值都先增大后減小，隨WS2靶濺射功率先減小后增大再降低，在Pt=0.38Pa，Ud=-200V，Pws2=160W下可獲得最高的納米硬度(約7.5GPa)和彈性模量(約125GPa)；Pt=0.38Pa，U

4、d=-200V下復(fù)合薄膜還有最優(yōu)的膜基結(jié)合性能，此時(shí)薄膜脫落的臨界載荷接近80N。 WS2和WxC的引入使薄膜復(fù)合化之后導(dǎo)致薄膜大氣下摩擦行為變?yōu)椴环€(wěn)摩擦，磨合期顯著延長到500秒左右，穩(wěn)定摩擦系數(shù)升高幅度超過70％；穩(wěn)定摩擦系數(shù)隨沉積偏壓的絕對(duì)值的增大先稍微降低，再逐漸增大，隨WS2靶濺射功率的增大變化不大。在Ud=-200V，Pws2=160W下有最低約0.04的大氣下穩(wěn)定階段摩擦系數(shù)且穩(wěn)定對(duì)磨時(shí)間超過35min。真空中摩擦

5、系數(shù)高于大氣下數(shù)值且即時(shí)值跳躍幅度較大，Ud=-100V，-200V沉積偏壓時(shí)最低約0.14。真空中穩(wěn)定摩擦系數(shù)隨沉積總氣壓的增大先減小再增大，類金剛石(DLC)薄膜因其諸多獨(dú)特的性能，包括高硬度、低摩擦系數(shù)、高電阻率、高熱導(dǎo)率、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和突出的抗腐蝕能力等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在機(jī)械、信息技術(shù)、航空航天、光學(xué)和醫(yī)學(xué)等方面得到了廣泛應(yīng)用。近來，DLC薄膜的復(fù)合化與多功能化逐漸成為研究熱點(diǎn)。本文結(jié)合航空航天需要，旨在探索類金剛石基固體潤滑復(fù)合

6、薄膜的制備與性能表征。 采用等離子體增強(qiáng)磁控濺射法成功制備了引入WxC及WS2顆粒的類金剛石基固體潤滑復(fù)合薄膜。通過拉曼光譜儀、X射線衍射儀、X射線光電子能譜儀、原子力顯微鏡、掃描電鏡(能譜儀)、透射電鏡、納米壓痕力學(xué)測(cè)試、膜基結(jié)合力測(cè)試和摩擦系數(shù)測(cè)試考察了沉積總氣壓(Pt)、直流沉積偏壓(Ud)、WS2靶濺射功率(Pws2)等工藝參數(shù)對(duì)薄膜性能的影響。 結(jié)果表明：采用磁控濺射法制備的復(fù)合薄膜也具有典型的類會(huì)剛石結(jié)構(gòu)肩峰

7、特征，但WS2和WxC的引入使薄膜復(fù)合化之后引起sp3鍵含量一定程度的下降；改變沉積偏壓(Ud)，可改變沉積速率和沉積粒子的能量，進(jìn)而控制薄膜中sp3鍵，在Ud=-200V時(shí)，復(fù)合薄膜有最高含量sp3鍵。復(fù)合薄膜主要以層狀方式長大，WS2和WxC顆粒尺寸約300nm。元素W主要以WC、單質(zhì)W和WO3的形式存在。 復(fù)合薄膜的力學(xué)性能隨沉積參數(shù)變化較大，硬度和彈性模量隨沉積總氣壓以及沉積偏壓的絕對(duì)值的增大都先增大后減小，隨WS2靶濺

8、射功率先減小后增大再降低，在Pt=0.38Pa，Ud=-200V，Pws2=160W工藝參數(shù)下復(fù)合薄膜有最高的納米硬度(約7.5GPa)和彈性模量(約125GPa)；Pt=0.38Pa，Ud=-200V下復(fù)合薄膜還有最優(yōu)的膜基結(jié)合性能，此時(shí)薄膜脫落的臨界載荷接近80N。 WS2和WxC的引入使薄膜復(fù)合化之后導(dǎo)致薄膜大氣下摩擦行為變?yōu)椴环€(wěn)摩擦，磨合期顯著延長到500秒左右，穩(wěn)定摩擦系數(shù)升高幅度超過70％；穩(wěn)定摩擦系數(shù)隨沉積偏壓的絕

9、對(duì)值的增大先稍微降低，再逐漸增大，隨WS2靶濺射功率的增大變化不大。在Ud=-200V，Pws2=160W下有最低約0.04的大氣下穩(wěn)定階段摩擦系數(shù)且穩(wěn)定對(duì)磨時(shí)間超過35min。復(fù)合薄膜真空中摩擦系數(shù)高于大氣下數(shù)值且即時(shí)值跳躍幅度較大，Ud=-100V，-200V沉積偏壓下最低約0.14。真空中穩(wěn)定摩擦系數(shù)隨沉積總氣壓的增大先減小再增大，Pt=0．38Pa及0.21Pa與Ud=-200V工藝參數(shù)配合下可獲得相對(duì)最低，約0.14的穩(wěn)定摩