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重离子辐照作用下a-C:H固体润滑薄膜材料损伤行为研究

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本文研究了1.0 MeV Ni辐照作用下（通量1014-1015 ion/cm2），a-C:H固体润滑薄膜内部发生的结构损伤行为及其对宏观摩擦学行为的影响机制。实验结果表明，在辐照作用下，薄膜中碳原子sp3/sp2杂化结构以及H含量发生显著变化，薄膜在大气环境中的减摩抗磨性能与辐照前相比亦退化~30%。通过对比辐照前后，薄膜表面形貌、化学结构、光学性能、力学性能和摩擦学性能等发现，1 MeV Ni离子辐照不仅造成薄膜中C-H 键断裂及H释放，还会在最大辐照深度等局部位置诱发明显的sp3→sp2结构转变及石墨化趋向，造成薄膜厚度方向上结构性能的不均匀性，并最终影响薄膜服役性能。其中，针对不同深度下薄膜的磨痕形貌研究表明，在最大辐照深度以上，薄膜磨损率主要与表面粗糙度有关，而在最大辐照深度处及以下，薄膜磨损率迅速升高，且变化幅度受辐照剂量大小影响显著。