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硅氧共掺杂非晶碳涂层改性聚醚醚酮的力学及摩擦学行为研究

聚醚醚酮(PEEK)是一种具有良好耐腐蚀性、自润滑、高耐热性等优异特性的热塑性工程塑料，因此其成为聚合物-金属滑动摩擦副中聚合物材料的最佳选择，已在高压柱塞泵、船用液压机械等许多关键摩擦系统中受到广泛应用。然而，纯PEEK材料由于机械强度及热稳定性低于金属材料，在与金属对磨时容易被磨损，不利于部件的长期稳定运行。在本研究中，通过等离子体增强化学气相沉积技术在PEEK基体上制备了厚度约为1.5 μm的含氢类金刚石非晶碳涂层(a-C:H)和一系列硅、氧共掺杂a-C:H (a-C:H:Si:O)，并对涂层改性PEEK的力学及摩擦学性能进行了研究。结果表明，相比未处理PEEK，经a-C:H和a-C:H:Si:O涂层防护的PEEK硬度均高于6 GPa，且摩擦学性能明显提高。其中高硬度a-C:H涂层磨损率最低，为1.82×10^-7 mm³N^-1m^-1；而高Si和O掺杂含量a-C:H:Si:O涂层由于硬度最低，在摩擦学测试中快速失效。对于适宜Si、O(Si:3.96~7.49 at. %, O:3.07~6.07 at. %)含量的a-C:H:Si:O涂层，其良好机械性能及在摩擦过程中形成致密摩擦膜，导致改性PEEK兼具低摩擦系数~0.14及低磨损率~3×10^-7 mm³N^-1m^-1。相关研究为提高PEEK-金属摩擦副摩擦性能提供了优化策略。