寧波材料所在類石墨碳涂層摩擦學(xué)研究方面取得進(jìn)展

　　類石墨碳（graphite-like carbon, GLC）涂層是一種以sp2鍵為主要化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)的非晶碳質(zhì)涂層材料，在眾多非晶碳基涂層材料中以其適中的強韌匹配以及良好的多環(huán)境自適應(yīng)減磨耐磨特性而備受關(guān)注。特別是其在濕度或有水環(huán)境中的低摩擦與低磨損特性，有效克服了傳統(tǒng)非晶碳基涂層或類金剛石涂層摩擦學(xué)水分子敏感性，為濕度或有水環(huán)境機械運動基礎(chǔ)件的延壽、防護(hù)與可靠性提升開辟了新的技術(shù)途徑。英國Teer公司、澳大利亞悉尼大學(xué)、中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所等機構(gòu)均有研發(fā)團(tuán)隊先后就GLC涂層濕度或淡水環(huán)境摩擦學(xué)行為進(jìn)行系統(tǒng)研究，初步為GLC涂層在濕度氣氛或水基流體環(huán)境中的摩擦學(xué)應(yīng)用奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

　　近年來，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所/中科院海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點實驗室海洋功能材料研究團(tuán)隊王永欣等人鑒于現(xiàn)代海洋工業(yè)對高性能耐磨防護(hù)涂層的迫切需求以及GLC涂層在水基流體環(huán)境摩擦學(xué)防護(hù)應(yīng)用方面的潛在優(yōu)勢，進(jìn)一步深入開展了GLC涂層在海水環(huán)境中的摩擦學(xué)研究工作。該研究小組從GLC涂層不同尺度或維度結(jié)構(gòu)特征設(shè)計入手，首先順利實現(xiàn)了對涂層化學(xué)鍵組成及其團(tuán)聚特征、過渡層形式及其納米結(jié)構(gòu)和織構(gòu)化形貌及其尺寸密度等結(jié)構(gòu)特征的可控構(gòu)造，進(jìn)而系統(tǒng)研究了GLC涂層不同維度結(jié)構(gòu)特征與其海水環(huán)境摩擦學(xué)特性之間的作用關(guān)系，隨后重點分析了GLC涂層在海水環(huán)境中的摩擦減磨機理和磨損損傷機制，最終初步形成了高性能海水環(huán)境用GLC涂層低摩擦低磨損的跨尺度多維結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。研究結(jié)果顯示，磁控濺射靶能量密度在0.040W/mm2時所獲得的化學(xué)鍵組成及其團(tuán)聚特征可使單層GLC涂層在海水環(huán)境中獲得最佳的綜合摩擦學(xué)性能，而硬質(zhì)顆粒增強納米互鎖漸變過渡層結(jié)構(gòu)可使復(fù)合GLC涂層在海水環(huán)境中具備最高的摩擦學(xué)承載能力，特定尺寸與密度微坑織構(gòu)可顯著降低多維GLC涂層在海水環(huán)境中的摩擦系數(shù)和磨損損傷。

　　該部分研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（51202261）、國家“973”計劃項目子課題（2013CB632302）以及中國博士后科學(xué)基金（2013T60610）等項目資助支持，先后在Surface & Coating Technology、Tribology International、《摩擦學(xué)學(xué)報》等國內(nèi)外專業(yè)學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文10余篇，申請發(fā)明專利5件。基于一系列研究成果和重要結(jié)論，該涂層材料技術(shù)受到了海工、核電、液壓、閥門、傳動等行業(yè)用戶的高度關(guān)注，并已與相關(guān)用戶單位共建聯(lián)合實驗室或研發(fā)中心多個，有針對性的實用化技術(shù)開發(fā)工作正在穩(wěn)步推進(jìn)。

類石墨碳涂層多維結(jié)構(gòu)設(shè)計及其海水環(huán)境摩擦學(xué)性能