兰州化物所在异形件表面全方位镀膜研究方面获系列进展

类金刚石碳基(DLC)薄膜由于其优异的润滑和防护特性，被广泛应用于航空航天、海洋腐蚀、机械工程和生物医学等领域。如何在异形件表面快速沉积DLC薄膜是亟待解决的关键问题之一。

中国科学院兰州化学物理研究所低维润滑材料课题组多年来致力于DLC薄膜材料及制备技术研究，近期在异形件表面快速全方位沉积DLC薄膜技术方面取得系列进展。

研究人员基于等离子体增强化学气相沉积技术，结合空心阴极放电与等离子体浸没注入，发展了新的异形件表面全方位快速沉积DLC薄膜技术，针对该技术开展了一系列研究，解决了在各种异形件表面快速沉积DLC薄膜的均匀性问题，该技术成功应用于齿轮、轴承、活塞环、刀具等异形件表面DLC薄膜的沉积（图1），为异形件表面DLC薄膜全方位快速沉积提供了一种新策略，是一种极具潜力、可推广的异形件表面DLC薄膜沉积方法。相关成果发表在J. Mater. Sci. Technol. (2022, 109, 114-128）上。

图1 异形件表面全方位镀膜技术沉积的DLC薄膜的性能以及DLC薄膜涂覆的异形件

基于异形件表面DLC薄膜全方位快速沉积技术，研究人员将其应用于各种材质的管件（铸铁、不锈钢、铝合金等）、各种形状的管件（直管、弯管、U型管等）内表面DLC薄膜的沉积，并通过系统研究，拓宽了该技术的工艺窗口，掌握了调控DLC薄膜结构、工艺、性能的策略。相关工作发表在Diamond Relat. Mater. (2021, 118, 108552; 2021, 114, 108308)、Surf. Coat. Technol. (2019, 375, 123-131)和Surf. Topogr.: Metrol. Prop. (2018, 6, 034010)上。

近期，研究人员发展了多管道同时沉积的技术，可实现一次性大批量生产。

图2 DLC薄膜涂覆的直管（304不锈钢、铸铁、铝合金）、弯管以及U型管

通过结构设计、掺杂以及工艺优化，研究工作可实现DLC薄膜的功能化，如摩擦学性能及超疏水、耐腐蚀（海洋腐蚀、人体体液腐蚀）以及生物相容性等（图3）。相关工作发表在ACS Biomater. Sci. Eng. (2022, 10.1021/acsbiomaterials.1c01370)、Ceram. Int. (2022, 48, 8440–8450)、Diamond Relat. Mater. (2022, 123, 108852)、Carbon (2016, 96, 411-420)、Surf. Coat. Technol. (2016, 304, 150-159)上。

图3 所沉积DLC薄膜的功能化

以上工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目以及固体润滑国家重点实验室的支持。