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當(dāng)今社會(huì)在能源節(jié)約，環(huán)境，經(jīng)濟(jì)以及安全等方面都在強(qiáng)調(diào)機(jī)械設(shè)備中控制摩擦磨損的重要性。油潤(rùn)滑是控制摩擦磨損最常見的方法之一。然而，由于環(huán)境原因以及滑油在接觸區(qū)域的保存、老化、循環(huán)、存儲(chǔ)污染等問題，液體潤(rùn)滑并不常用。表面工程是指通過表面沉積或表面處理的方法改變接觸表面的特性，表面工程的出現(xiàn)提供了另一種有效控制摩擦磨損的方法。

給表面鍍上一層薄膜會(huì)改變表面材料特性并且對(duì)于控制摩擦磨損非常重要。摩擦磨損機(jī)理可以簡(jiǎn)化為，由粘著，犁削和遲滯引起的摩擦以及由粘著，磨粒和疲勞與材料斷裂混合產(chǎn)生的磨損。摩擦化學(xué)，表面物理效應(yīng)以及表面疲勞被認(rèn)為僅是表面材料改性的機(jī)理因?yàn)檫@些現(xiàn)象發(fā)生在材料斷裂之前。

20世紀(jì)80年代，硬質(zhì)陶瓷薄膜 (TiN，TiC)作為刀具的表層在制造業(yè)廣泛使用，使磨損率降低了一到二個(gè)數(shù)量級(jí)或者更多。20世紀(jì)90年代，人們研究了低摩擦薄膜(金剛石，類金剛石DLC)，并其中的一些已經(jīng)作為商業(yè)用途。其摩擦磨損性能同樣比早期的方法降低了一到二個(gè)數(shù)量級(jí)，在那些要求表面具有低摩擦磨損特性的機(jī)械零部件中，低摩擦薄膜非常適用。進(jìn)入21世紀(jì)初，很多研發(fā)工作集中在采用可控的方法改善薄膜的表面結(jié)構(gòu)，包括開發(fā)不同的多元納米結(jié)構(gòu)薄膜，例如多層膜，成份膜、摻雜膜，以及納米復(fù)合薄膜等。

為何工件表面鍍上金剛石和DLC薄膜是可以降低工件摩擦非常有效的方法呢？

對(duì)于類金剛石涂層，微凸體間相互影響對(duì)于粗糙表面是重要的，對(duì)于工程光滑表面石墨化是主要的機(jī)理而懸空鍵的氫化對(duì)于理光滑表面至關(guān)重要。對(duì)于比較粗糙的DLC涂層表面，表面的石墨化很重要;轉(zhuǎn)移層的組織強(qiáng)化，表面石墨化對(duì)于光滑工程表面至關(guān)重要，物理光滑表面的超潤(rùn)滑特性可以通過懸空鍵的氫化解釋。對(duì)于主要的表面參數(shù)進(jìn)行分析是建立表面模型的基礎(chǔ)，這些參數(shù)包括表面、薄膜、薄膜/基體之間的界面以及基體的彈性，塑性以及斷裂行為。對(duì)裂紋擴(kuò)展進(jìn)行應(yīng)力密度分析結(jié)果表明:考慮三種載荷模式，裂紋間距和裂紋位置很重要，而裂紋方向，裂紋區(qū)域的位置以及載荷雙軸性的影響則比較小。闡述了在薄膜/基體界面上以及裂痕周圍怎樣利用表面3D有限元模型得到納尺度的應(yīng)力和應(yīng)變值，為降低磨損以及降低工件表面摩擦系數(shù)的產(chǎn)生提供依據(jù)。目前類金剛石涂層的摩擦系數(shù)一般在0.05-0.1之間，這對(duì)于古時(shí)代用于油潤(rùn)滑來說是非常大的進(jìn)步。