本研究利用SEM、AES、XRD、Raman 譜儀、納米壓痕儀、劃痕儀和球- 盤磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)摻鎢DLC膜的微觀結(jié)構(gòu)和摩擦學(xué)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：摻鎢DLC 膜光滑致密，具有納米晶碳化鎢和非晶碳組成的復(fù)相結(jié)構(gòu)；其硬度和彈性模量為19- 23GPa 和200- 228GPa，膜/ 基結(jié)合力好；摩擦系數(shù)隨著載荷的增加略有增加，轉(zhuǎn)速對(duì)摩擦系數(shù)的影響較��；當(dāng)載荷大于1.96N 時(shí)，磨損率隨著載荷增加急劇增大，磨損率隨著轉(zhuǎn)速的增加存在一個(gè)極小值；DLC 膜的磨損主要是由基體塑性變形引起的梯度摻鎢DLC 膜內(nèi)部不同亞層之間的剝離和DLC 膜的斷裂引起的。

　　類金剛石膜（DLC）具有高硬度、高耐磨性及低摩擦系數(shù)等特點(diǎn)，制備技術(shù)成熟，廣泛應(yīng)用于精密機(jī)械零件、易磨損零件、切削刀具及模具等；但因其內(nèi)應(yīng)力大、膜/基結(jié)合力差、熱穩(wěn)定性差，在很大程度上制約了DLC 膜在苛刻摩擦條件下的應(yīng)用。通過(guò)摻雜改善DLC 膜性能，滿足惡劣服役條件對(duì)耐磨減摩涂層性能的苛刻要求，是DLC 膜研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，目前常用的摻雜元素包括鎢、鉻、鈦等。在DLC 膜中摻雜鎢可以形成碳化鎢和非晶碳組成的復(fù)相結(jié)構(gòu)，明顯提高DLC 膜的硬度、膜/基結(jié)合力、韌性，緩解DLC 膜的內(nèi)應(yīng)力，從而大大降低DLC 膜的磨損率，這使得摻鎢DLC 膜具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　DLC 膜的摩擦學(xué)性能與載荷、速度、對(duì)摩副材料、潤(rùn)滑條件、溫度、濕度等因素密切相關(guān)，但目前對(duì)摻鎢DLC 膜在不同摩擦條件下的摩擦學(xué)性能研究還不夠充分，進(jìn)一步探討摩擦條件對(duì)摻鎢DLC 膜摩擦磨損性能的影響規(guī)律對(duì)DLC 膜的應(yīng)用具有重要意義。

1、實(shí)驗(yàn)方法

　　采用真空陰極電弧/磁控濺射/離子束沉積復(fù)合多功能鍍膜方法制備摻鎢DLC 膜。試樣基體為316L 不銹鋼拋光片，在裝爐前經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的超聲清洗、脫水、烘干處理。為了進(jìn)一步提高膜/ 基結(jié)合力，首先利用真空陰極電弧沉積、離子束輔助磁控濺射沉積制備多組分梯度過(guò)渡層，然后利用離子束沉積+ 磁控濺射制備梯度摻鎢DLC 復(fù)合膜，沉積氣體為高純氬氣和高純甲烷，離子源工作參數(shù)根據(jù)優(yōu)化的純DLC 離子束沉積工藝確定，濺射靶材為高純鎢，通過(guò)調(diào)整鎢靶電流來(lái)控制DLC 膜中的鎢含量，表層摻鎢DLC 膜沉積時(shí)的靶電流為1 A。梯度摻鎢DLC 膜總厚度為2.32 μm。

　　利用SIRON- 200 掃描電子顯微鏡觀察DLC膜的表面形貌和磨損表面形貌；利用PHI 700 納米掃描俄歇微探針系統(tǒng)分析DLC 膜的成分；利用RM2000 顯微共焦拉曼光譜儀分析DLC 膜的化學(xué)結(jié)合狀態(tài)；利用D/max- 2500 型X 射線衍射儀分析DLC 膜的相結(jié)構(gòu)，X 射線管陽(yáng)極為Cu 靶，采用小角度掠射分析模式，X 射線入射角為2°；利用MTS XP 型納米硬度儀測(cè)定DLC 膜的硬度和彈性模量。采用MTS- 3000 磨損試驗(yàn)機(jī)探討轉(zhuǎn)速（載荷為1.96 N）和載荷（轉(zhuǎn)速為400 rpm）對(duì)DLC 膜摩擦磨損性能的影響，其它摩擦條件為：對(duì)磨件為5 mm 的Si3N4 球，摩擦半徑為3 mm，摩擦?xí)r間為30 min；利用Micro XAM- 3D 型三維白光干涉表面形貌儀測(cè)定磨損體積并計(jì)算出磨損率。

3、結(jié)論

　�。�1） 摻鎢DLC 膜光滑致密，具有典型的DLC膜Raman 譜特征，為非晶碳膜上彌散分布著納米碳化鎢的復(fù)相結(jié)構(gòu)；DLC 膜的缺陷主要由過(guò)渡層制備時(shí)陰極電弧的噴射產(chǎn)生。

　　（2） 摻鎢DLC 膜的硬度和彈性模量為19~23 GPa 和200~228 GPa， 具有好的膜/基結(jié)合力。

　　（3） 摻鎢DLC 膜的摩擦系數(shù)隨著載荷的增加略有增加，轉(zhuǎn)速對(duì)摩擦系數(shù)的影響較小。在低載時(shí)摻鎢DLC 膜的磨損率較低，但載荷高于1.9 N后載荷增加導(dǎo)致磨損率急劇增大；磨損率隨著轉(zhuǎn)速的增加出現(xiàn)一個(gè)最小值。DLC 膜的磨損主要是由基體塑性變形引起的梯度摻鎢DLC 膜內(nèi)部的微觀斷裂和不同亞層之間的剝離產(chǎn)生的。