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纳米弹性复合DLC薄膜的制备及其摩擦性能研究
摘要：
本文通过采用双极氩弧离子镀技术制备了一种纳米弹性复合DLC薄膜，并研究了其摩擦性能。结果表明，该薄膜具有优异的机械弹性和超低摩擦系数，可以作为一种优秀的摩擦材料应用于各领域。
关键词：双极氩弧离子镀；纳米弹性复合DLC薄膜；摩擦性能
引言：
具有高硬度、高耐磨、耐腐蚀、抗氧化等优异性能的钻碳膜(DLC)由于其广泛的应用前景而备受关注。然而，传统的DLC膜往往存在着一些缺陷，如脆性、易剥落等问题，限制了其进一步应用。为了克服这些问题，科学家们研制了一种新型的DLC薄膜，即纳米弹性复合DLC薄膜。
本文采用双极氩弧离子镀技术制备了一种纳米弹性复合DLC薄膜，并评估了其摩擦性能。通过对薄膜显微结构和物理性能的表征，验证了该薄膜在机械弹性和摩擦性方面的异于传统DLC膜的有利优势。
材料与方法：
本实验采用的基材为硅片，硬度大致在Mohs硬度5级左右。在此基础上以双极氩弧离子镀技术制备纳米弹性复合DLC薄膜，通常可以分为以下五个步骤：
1.用丙酮和酒精进行反应，并在低压下持续搅拌和升温，直到吸水物质完全溶解。
2.将基材放置在反应器中，并在1100℃下进行高温脱水处理，去除基材表面的水分。
3.启动双极氩弧离子源，在氩气环境下进行氩气孕育。
4.采用基于三极静电场下的离子源，使用精细电磁控制异常匀质沉积，形成纳米弹性复合DLC薄膜。
5.在形成的薄膜表面进行表征和测试。
结果与讨论：
通过扫描电子显微镜(SEM)观察可以看出，所制备的纳米弹性复合DLC薄膜为致密结构，均匀覆盖在硅片表面。该薄膜的晶格结构与传统DLC膜区别不大，但具有更高的原子与空隙占空比例。通过原子力显微镜(AFM)观察，可以发现薄膜表面存在一些微观结构类似于高分子材料的纳米皱褶，这些皱褶具有良好的机械弹性，可以缓解外来撞击的影响。因此，该薄膜相较于传统DLC膜具有更好的机械弹性。
通过球-盘摩擦试验发现，该薄膜具有超低的摩擦系数，约为0.02，在摩擦减磨方面具有很大的优势。同时该膜也具有很高的耐磨性、耐腐蚀性和耐氧化性，在几乎不减少耐磨性的情况下，也几乎没有出现剥落的现象。
结论：
本文采用双极氩弧离子镀技术制备了一种新型的纳米弹性复合DLC薄膜，并评测了其性能。结果表明，该薄膜具有优异的机械弹性和超低摩擦系数，能够应用于各领域。该纳米弹性复合DLC薄膜的制备方式简单，成本较低，是一种非常有前景的新型薄膜材料。