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通过甲烷流量的调节设计制备具有优异摩擦学性能的耐腐蚀a-C(:H)薄膜

a-C(:H)薄膜；甲烷；气体流量；摩擦学；腐蚀防护

        为了拓宽非晶碳膜在海洋领域的润滑与腐蚀应用，通过调节PVD过程中的甲烷流量来制备不同氢含量的a-C(:H)膜。系统研究了甲烷流量对a-C(:H)薄膜润滑和耐腐蚀性的影响。甲烷流量的提高有助于薄膜沉积速率的提高，同时薄膜表面缺陷和微裂纹也在不断减少，形成了一个更为致密的表面。此外，随着甲烷流量的升高，H含量不断增加，sp²C键的比例先降低后增加。在低甲烷流速下，形成了更多的sp³ C-H键，而在高流速下，甲烷的解离不足，低能离子被吸附在表面，从而增强了a-C:H薄膜的石墨化结构。a-C:H薄膜的硬度和弹性模量不断下降，减小了薄膜与基底之间的塑性变形差异，促进了结合力的持续提高。大气环境中的摩擦结果与3.5 wt.% NaCl溶液相似。在5 sccm甲烷流量下沉积的a-C:H膜具有最好的润滑性能。与大气环境相比，盐环境中摩擦与腐蚀交互作用造成的磨损更为严重。提高甲烷流速可以提高a-C(:H)薄膜的耐腐蚀性。在综合评价中，在Ar:CH₄=20:10下制备的a-C:H薄膜不仅能具有较好的机械性能和润滑性能，而且具有良好的耐腐蚀性，在经历196h中性盐雾试验以及196小时酸性盐雾试验后，薄膜表面未见明显腐蚀，二次摩擦结果表明a-C:H薄膜依旧保持了优异的润滑性能。