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摘要
目的 为含氢碳薄膜在甲醇发动机中应用提供新思路。方法 首先利用BiP–PECVD方法在Si基底上制备了含氢碳薄膜，并在500℃于Ar气氛中进行1 h退火处理。通过纳米硬度、X射线光电子能谱、傅里叶转变红外光谱、激光共聚焦拉曼光谱、场发射扫描电镜、CSM摩擦试验机等，分别评价未退火和500℃退火含氢碳薄膜的结构、力学性能、表面形貌及在干燥空气和甲醇环境中的摩擦学性能。通过对比，研究甲醇的引入对500℃退火含氢碳薄膜摩擦学行为造成的影响。结果 500℃退火会改变含氢碳薄膜中碳的杂化方式由sp3–C向sp2–C转变，促使薄膜石墨化，C==C/C—C的值明显增大（从0.67到0.99），硬度降低（从26.5 GPa到22.0 GPa），弹性模量几乎不变，H/E减小，耐磨性变差。在干燥空气中，与未退火碳薄膜相比，500℃退火含氢碳薄膜的摩擦因数降低（从0.031到0.024），磨损率增加了1.27倍，而相应摩擦对偶球的磨损降低(从4.22×10–6mm3到3.99×10–6mm3)。而在甲醇环境下，500℃退火含氢碳薄膜的摩擦因数增高（从0.052到0.062），磨损率增加了15.11倍，相应摩擦对偶球的磨损也增高(从6.16×10–6mm3到13.9×10–6 mm3)。但是，未退火含氢碳薄膜在甲醇环境中的磨损率是干燥环境中的1/2.84，表现出降低趋势；500℃退火的含氢碳薄膜在甲醇环境中的磨损率是干燥环境中的4.14倍。结论 含氢碳薄膜经过500℃退火会造成薄膜内部碳原子杂化方式转变，薄膜石墨化，这对干燥环境中薄膜的摩擦学性能有所提高，但并不利于其甲醇环境中的摩擦。
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单位中国科学院兰州化学物理研究所; 中国科学院大学; 南岳电控（衡阳）工业技术股份有限公司
