類金剛石碳基(DLC)薄膜由于其優(yōu)異的潤滑和防護特性，被廣泛應(yīng)用于航空航天、海洋腐蝕、機械工程和生物醫(yī)學等領(lǐng)域。如何在異形件表面快速沉積DLC薄膜是亟待解決的關(guān)鍵問題之一。

　　中國科學院蘭州化學物理研究所低維潤滑材料課題組多年來致力于DLC薄膜材料及制備技術(shù)研究，近期在異形件表面快速全方位沉積DLC薄膜技術(shù)方面取得系列進展。

　　研究人員基于等離子體增強化學氣相沉積技術(shù)，結(jié)合空心陰極放電與等離子體浸沒注入，發(fā)展了新的異形件表面全方位快速沉積DLC薄膜技術(shù)。針對該技術(shù)開展了一系列研究，解決了在各種異形件表面快速沉積DLC薄膜的均勻性問題，該技術(shù)成功應(yīng)用于齒輪、軸承、活塞環(huán)、刀具等異形件表面DLC薄膜的沉積（圖1），為異形件表面DLC薄膜全方位快速沉積提供了一種新策略，是一種極具潛力、可推廣的異形件表面DLC薄膜沉積方法。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在J. Mater. Sci. Technol. (2022, 109, 114-128）上，相關(guān)技術(shù)申請了中國發(fā)明專利兩項。

圖1 異形件表面全方位鍍膜技術(shù)沉積的DLC薄膜的性能以及DLC薄膜涂覆的異形件

　　基于異形件表面DLC薄膜全方位快速沉積技術(shù)，研究人員將其應(yīng)用于各種材質(zhì)的管件（鑄鐵、不銹鋼、鋁合金等）、各種形狀的管件（直管、彎管、U型管等）內(nèi)表面DLC薄膜的沉積，并通過系統(tǒng)研究，拓寬了該技術(shù)的工藝窗口，掌握了調(diào)控DLC薄膜結(jié)構(gòu)、工藝、性能的策略。相關(guān)工作發(fā)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，相關(guān)技術(shù)申請了中國發(fā)明專利一項。

　　近期，研究人員發(fā)展了多管道同時沉積的技術(shù)，可實現(xiàn)一次性大批量生產(chǎn)。

圖2 DLC薄膜涂覆的直管（304不銹鋼、鑄鐵、鋁合金）、彎管以及U型管

　　通過結(jié)構(gòu)設(shè)計、摻雜以及工藝優(yōu)化，可實現(xiàn)DLC薄膜的功能化，如摩擦學性能、超疏水、耐腐蝕（海洋腐蝕、人體體液腐蝕）以及生物相容性等（圖3）。相關(guān)工作發(fā)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，相關(guān)技術(shù)申請了中國發(fā)明專利一項。

圖3 所沉積DLC薄膜的功能化

　　以上工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、西部之光等項目以及固體潤滑國家重點實驗室的支持。