赵 蒙，周 晖，刘兴光，张凯锋，汪科良，郑玉刚

（兰州空间技术物理研究所 真空技术与物理重点实验室，兰州 730000）

0 引言

超润滑现象（摩擦因数μ＜0.01）[1]及实现超润滑的方式是近年来研究的热点问题。根据国内外已发表的研究结果，高含H量的碳基薄膜是目前能在宏观尺度实现超润滑的材料之一，因其工程适用性而受到特别关注。研究表明，高含H量碳基薄膜的摩擦学性能对测试条件和薄膜的H含量有高度依赖性[2-5]，不同的试验参数（载荷、转速、气氛、表面粗糙度等）对碳基薄膜的摩擦学行为及性能有极大影响，而载荷对薄膜摩擦学性能影响的研究大多集中在不含H或含H量极少的碳基薄膜上，对高含H量碳基薄膜性能影响的研究不够充分。本论文开展载荷对a-C：H薄膜摩擦学性能的影响及机制的研究，为薄膜的实际应用提供有价值的实验数据。

1 实验与表征

试样基底材料为9Cr18抛光不锈钢（Φ32 mm×5 mm，Ra＜0.1 μm，HRC57～58），制备薄膜前对其依次用乙醇和丙酮超声清洗各5 min。采用非平衡磁控溅射技术在试样上制备约2.6µm厚的a-C：H薄膜。具体制备参数如表1所列。

表1 a-C：H薄膜制备参数Tab.1 The preparation parameters of a-C：H films

采用真空球盘摩擦实验机进行摩擦实验，摩擦对偶为直径8.0 mm、HRC58、Ra＜0.02 µm的9Cr18钢球，实验压力低于1×10-2Pa，实验转速为1 000 r/min，载荷分别为2.5 N、5.0 N和7.5 N。首先研究载荷对薄膜摩擦学性能（摩擦因数、耐磨性能）以及摩擦界面处碳相结构和H元素含量的影响；其次研究不同的碳相结构和H元素含量对薄膜摩擦因数及耐磨性能的影响。为此，将实验分为两个阶段，第一阶段实验停止后保持摩擦副位置不变，磨痕状态不变（不擦除磨屑、不更换接触点），避免位置的改动影响试样表面转移膜的状态。……