1126 / 2023-03-11 11:24:27

管内壁耐磨防腐一体化DLC薄膜的构筑及功能特性调控

金属管状工件被广泛使用于石油化工、海洋工程、航空航天等诸多领域。而腐蚀与磨损的共同作用的服役环境极易导致其内壁损伤，严重缩短使用寿命。类金刚石碳基（DLC）薄膜由于其独特的性能组合、掺杂机制被认为是管内壁理想的防护材料之一。因此，本研究通过自主研发的管内壁镀膜装备，采用空心阴极放电+等离子体浸没离子注入复合技术，在304不锈钢（直管，弯管，U型管等不同形状）、6063铝合金和铸铁等不同材质管内壁均实现高硬度、优异耐腐蚀和摩擦学性能DLC薄膜的沉积，厚度可达10 μm，硬度可达20 GPa，腐蚀电流密度低至2.62×10^-9 A∙cm^-2，摩擦系数和磨损率分别低至0.05和1.60×10^-7 mm³∙N^-1∙m^-1；确定了影响管内壁DLC薄膜均匀性的关键工艺参数——脉冲频率；初步验证了HIPIMS电源在超长管道内壁DLC薄膜沉积方面的潜力；基于管道内壁DLC薄膜沉积原理，发展了一种新的异形件表面全方位快速沉积DLC薄膜技术，成功应用于齿轮、轴承、活塞环、刀具等异形件表面DLC薄膜的均匀沉积；此外，通过表面结构设计、元素掺杂以及工艺调控，实现了DLC薄膜在管内壁超疏水（水接触角151.6°、滚动角9.1°）、海洋防腐（海水环境下腐蚀密度低至2.68×10^-9 A∙cm^-2）以及生物医学（人体体液腐蚀、生物相容性）等领域的功能特性调控。