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HiPIMS沉积Al-DLC薄膜的残余应力及摩擦学行为研究

类金刚石薄膜是一种同时含有sp²键和sp³键的非晶碳膜，具有优良的化学惰性和耐磨减摩性能，其硬度、电导率、热导率等性能可大范围调控，已在多种装备中的关键运动部件上获得应用。现有研究表明，类金刚石膜内较高的残余应力难以平衡薄膜硬度、韧性、厚度的相互关系；并且残余应力反映薄膜内原子间的相互作用情况，影响薄膜的摩擦学行为。因此，制备高硬、高韧、大厚度、长寿命、高性能的非晶碳膜成为挑战。本研究利用HiPIMS沉积无氢Al-DLC膜，探讨元素掺杂对薄膜微观结构、残余应力及摩擦学行为的影响，Al含量约为5at%时，Al元素不与C原子成键，主要以原子态或氧化态形式存在，Al-DLC膜内C-C杂化键的无序排列导致的局域畸变产生残余应力；Al-DLC薄膜与GCr15球对摩时，在摩擦界面形成富Al的转移膜，避免了薄膜与对磨副的直接接触，提高了薄膜耐磨损性能，大气环境下薄膜的磨损率可低至1.0×10^-8 mm³/Nm数量级。