CO2环境下DLC与不同对偶的摩擦学机理分析

高硬度、高耐磨以及良好化学稳定性的类金刚石(DLC)薄膜具有低摩擦行为.采用非平衡磁控溅射技术制备DLC薄膜,在CSM高-低温真空摩擦试验机上进行摩擦学测试,并且基于第一性原理建模计算,分析真空和CO_2气氛与DLC薄膜同Al和ZrO_2配副之间相互作用的摩擦机理.结果表明:真空环境下,DLC同Al和ZrO_2配副对磨的摩擦系数分别为0.8和0.28;CO_2气氛环境下的摩擦系数分别为0.051和0.011.理论计算揭示,真空环境下Al/DLC和ZrO_2/DLC的相互作用界面分别形成Al—C和O—C共价键和大的界面分离功,导致摩擦系数偏高;然而,CO_2饱和了DLC表面的C悬键,且在Al/DLC-CO_2和ZrO_2/DLC-CO_2摩擦副的界面处形成了Al—O和O—O的高能反键态,导致界面分离功降低,从而呈现出较低的摩擦系数.表明ZrO_2/DLC摩擦副的摩擦性能更优;更重要的是,CO_2气氛可以显著降低两种摩擦副的摩擦系数.