中科院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室低维材料摩擦学课题组在铝合金表面多层梯度碳基复合薄膜构筑与防护研究方面取得了新进展。

以铝合金为代表的轻合金材料被广泛应用于航天、航空、兵器、机械、汽车、交通、石油化工、纺织、印刷等行业，在这些领域的应用中大量涉及到轻合金运动部件表面的功能防护以及摩擦、磨损与腐蚀问题。类金刚石碳基复合薄膜不仅具有高硬度、优异耐磨性和低摩擦系数，还具有极好的耐蚀性，是铝合金表面改性的理想薄膜材料。然后由于高硬度类金刚石碳薄膜与铝合金在硬度、热膨胀系数以及结构方面存在很大差异，导致铝合金表面形成的碳基薄膜与基体之间的残余应力大、结合力和承载能力非常差。防护薄膜在变工况以及介质腐蚀环境下耐磨损性能差，很容易发生从铝合金基体上剥落而导致失效。

该研究组采用磁控溅射-多弧离子镀复合气相沉积技术在铝合金表面实现了梯度多层碳基纳米复合薄膜的成功制备，突破了其高膜/基结合强度和抗磨与耐蚀一体化构筑等关键瓶颈，开发了相应的铝合金活塞、汽车空调叶片等关键零部件表面高性能碳基薄膜技术。获得的铝合金表面梯度多层碳基复合薄膜在干摩擦、油润滑以及介质腐蚀等多环境下表现出优异的自润滑和抗磨损特性，能够改善铝合金运动部件在磨合初期、频繁启停以及变工况下导致的磨损失效和腐蚀损伤。该项研究工作得到了科技部“863”项目和国家自然科学基金的支持。近期工作发表在Tribology Letters上 (Tribology Letters 2010,38:155-160)。

图1铝合金表面多层梯度碳基纳米复合薄膜结构及成分梯度分布