[发明专利]一种DLC薄膜摩擦诱导石墨化相变抑制方法

说明书

本发明公开了一种DLC薄膜摩擦诱导石墨化相变抑制方法，涉及机械设计摩擦与润滑技术领域，其技术方案要点是：首先将钯纳米颗粒加入烷烃基础油中并超声分散得到含钯纳米颗粒作为DLC薄膜摩擦诱导石墨化抑制添加剂；之后将该润滑剂用于DLC薄膜与轴承钢的摩擦磨损实验。本发明以钯纳米颗粒作为摩擦化学催化剂，利用复杂的摩擦环境来驱动钯纳米颗粒催化剂对烷烃基础油的催化脱氢作用，原位形成无定形碳基摩擦膜，实现抑制DLC薄膜因摩擦而引起的石墨化相变，从而减少DLC薄膜因石墨化而引起的摩擦学性能退化。

技术领域

本发明涉及机械设计摩擦与润滑技术领域，更具体地说，它涉及一种DLC薄膜摩擦诱导石墨化相变抑制方法。

背景技术

类金刚石碳膜(DLC)是一种主要以sp2-C和sp3-C杂化的碳膜，因同时具有金刚石和石墨的性质，即具有较好的耐磨性和自润滑性，而常被应用于摩擦学领域。但由于受到摩擦温升和剪切的作用，DLC薄膜会发生石墨化相变而降低其耐磨性，而这种相变不可逆且无法自动补偿，因此降低了DLC薄膜的服役寿命。

在有关应对DLC薄膜石墨化的技术中，一种钒/钇共掺杂DLC涂层及其制备方法(CN113913735A)公开了钇的掺杂可提高DLC薄膜发生石墨化的温度，即提高了DLC薄膜的热稳定性，从而减少DLC薄膜石墨化的进程。减缓DLC薄膜石墨化的处理方法(CN104498911A)公开了在DLC薄膜表面沉积电极来减缓激光系统中DLC薄膜石墨化的方法：当通过直流电源向电极施加偏压时所产生的横向或纵向电场可有效减少激光辐照区域产生的热能量,从而减缓薄膜的石墨化。以上技术中，前者是在DLC制备环节通过元素共掺杂改变DLC薄膜的成分或微观结构，提升了DLC薄膜发生石墨化的温度；后者是在应用过程中施加偏置电压，使激光辐射区域的能量降低，从而减缓薄膜的石墨化。现有技术中无法避免因摩擦滑移剪切运动和摩擦热所致的石墨化相变带来的DLC薄膜摩擦学性能退化问题。

此外，一种实现碳薄膜超低摩擦的摩擦催化设计方法(CN112210417A)通过催化协同作用，利用活性金属纳米颗粒对碳的吸附钝化及相变作用，使碳薄膜无定形碳结构向石墨烯的有序化转变，形成石墨烯包裹纳米颗粒的类滚珠减摩产物来实现碳膜的超低摩擦。该摩擦催化的方法为原位补偿DLC薄膜摩擦诱导石墨化起到一定的启示。但已有技术不涉及DLC薄膜的摩擦诱导石墨化抑制问题，相反是通过摩擦催化碳薄膜向有序化的石墨烯结构转化用于包裹纳米金属颗粒，实现类滚珠化的减磨效应。

发明内容

本发明的目的是提供一种DLC薄膜摩擦诱导石墨化相变抑制方法，能够通过借助摩擦催化效应，解决DLC薄膜因摩擦诱导石墨化无法原位补偿而造成的抗磨性能退化的问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种DLC薄膜摩擦诱导石墨化相变抑制方法，包括以下三个步骤：

S1：制备DLC薄膜；

S2：配置含钯纳米颗粒添加剂的润滑剂；

S3：开展原位构筑含纳米钯碳基薄膜处理。

本发明进一步设置为：步骤S1中制备DLC薄膜具体操作如下：首先用砂纸对待沉积DLC薄膜的表面进行打磨，之后超声清洗除去表面杂质；最后以碳板为阳极，不锈钢为阴极，以无水乙醇为碳源，在沉积电压为300V、极间距为2mm、50℃的恒温水浴中沉积制得DLC薄膜。

本发明进一步设置为：步骤S2中配置含钯纳米颗粒添加剂的润滑剂具体操作如下：将钯纳米颗粒加入到150N基础油中并超声分散，配置钯纳米颗粒添加剂润滑剂。

本发明进一步设置为：步骤S3中开展原位构筑含纳米钯碳基薄膜处理的具体操作如下：将S1所制得的含DLC薄膜试样与轴承钢组成摩擦副，其中下试样为含DLC薄膜的试样，上试样为轴承钢球，接触载荷为0.33GPa，线速度为0.05-3m/s，室温下开展摩擦处理，摩擦过程中下试样旋转，上试样固定。