聚醚醚酮表面W掺杂类金刚石薄膜结构及其摩擦性能

作     者：崔丽 邱慧 周小卉 朱邵超 郭鹏 陈仁德 汪爱英 西村一仁 

作者机构：中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料重点实验室 宁波永新光学股份有限公司 中国科学院大学材料科学与光电技术学院 

出 版 物：《中国表面工程》 (China Surface Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：宁波市科技创新2025重大专项(2020Z023) 国家自然科学基金(52127803) 浙江省基础公益研究计划项目(LGG22E010011) 宁波市自然科学基金(2022J301) 

主　　题：聚醚醚酮(PEEK) 类金刚石薄膜 金属掺杂 微观结构 摩擦性能 

摘      要：聚醚醚酮（PEEK）广泛应用于航空航天领域，因其本征粘弹性和低硬度，PEEK极易发生磨损失效。为解决此难题，一般采用表面沉积类金刚石（DLC）薄膜的方法。利用线性离子束复合直流磁控溅射技术，调控Ar/C2H2气流比（68/12～62/18），在PEEK表面制备不同W元素掺杂含量的DLC薄膜。系统研究气流比对PEEK/W-DLC材料的组分结构、力学和摩擦性能的影响规律。结果表明，气流比降低使薄膜表面C粒子团簇尺寸增大和致密化。W元素含量由7.08at.%下降至2.63 at.%，且主要以WC1-x纳米晶簇分布在C基质中，ID/IG值由0.42下降至0.32。C元素含量的增加使膜内生成更多的C—C键，部分C=O键转化为C—O键。PEEK/W-DLC材料表面褶皱密度增大，界面处形成机械咬合结构。气流比66/14时，材料具有优异的力学和摩擦性能，磨损率低至1.52×10-8mm3/（N·m）。这主要归功于碳膜的力学性能保护及磨斑处富W润滑转移膜的形成。通过分析材料表面凹坑结构的形成机理，发现摩擦过程中同时存在粘着磨损和磨粒磨损。研究结果将有助于指导设计开发高效耐磨的航空航天材料。