肖奕楼 颜 培 陈 豪 焦 黎 仇天阳 王西彬 张宝荣 赵志勇

(1.北京理工大学机械与车辆学院 北京100089；2.山西柴油机工业有限责任公司 山西大同 037036)

1971年，德国科学家AISENBERG和CHABOT首次利用碳离子束沉积制备出具有金刚石特征的非晶碳膜，并称之为类金刚石涂层。类金刚石涂层，即Diamond-Like Carbon(DLC)涂层，具备与金刚石涂层类似的高硬度、高耐磨性的同时还拥有石墨的自润滑性能[1]。JACOB和MÖLLER[2]研究指出，具有金刚石结构的sp3杂化键、具有石墨结构的sp2杂化键以及H元素或者其他掺杂元素所形成的空间交叉网络决定了DLC薄膜的结构，并绘制了较为直观的DLC薄膜杂化键的混合特征示意图，如图1所示。DLC涂层中的sp3杂化键形成四面体配位键(与金刚石中的键类似),决定了其硬度和弹性模量等力学性能；sp2杂化键形成三配位体(与石墨中的键类似)，决定了其光和电学性能；H原子会影响sp3和sp2杂化键的比例，进而影响薄膜的结构和性能[3]。自20世纪80年代以来，DLC涂层成为研究的热点，被誉为21世纪战略材料[4]。

图1 DLC薄膜的三元相图[2]Fig 1 Ternary phase diagram of DLC thin films[2]

DLC涂层因具有高硬度、高耐磨性、低摩擦因数等特性而被广泛应用于机械零件，又由于其与发动机润滑油及其添加剂具有优异的协同作用[5-6]，因此被广泛应用于汽车发动机零件的摩擦副之间。据统计，发动机的摩擦损失会占总功率的40%以上，而内部零件(如活塞、活塞环、气门、凸轮和从动件等零件)的摩擦损失占发动机摩擦损失的70%以上，严重降低了发动机工作效率和能量传输。DLC涂层能减轻发动机内部零件的摩擦与磨损，从而大幅提升发动机的工作效率。……