中文摘要：

应用水代替传统润滑油作为各种机械传动系统的润滑介质是摩擦学工作者的梦想和不断努力的方向，也一直是备受国内外摩擦学界关注的研究热点之一。因此，发展与水润滑环境相适用的高性能摩擦副材料具有重要的科学意义和经济价值。近来备受关注的一种新型碳材料-碳化物衍生碳梯度涂层材料具有包括纳米晶石墨、碳纳米管、洋葱碳等各种碳形式在内的复合碳结构，还拥有与基体结合力强、无残余应力且无膜厚限制等显著优点。本课题将碳化硅物生碳梯度涂层材料应用于水润滑摩擦学领域，研究其在水润滑条件下的减摩抗磨特性，力图分别从微观水吸附行为和宏观水润滑摩擦学特性出发，揭示碳化物衍生碳梯度涂层水润滑摩擦学本质与机理；通过制备工艺调配组合调整控制梯度涂层中各种碳结构的形成与组成比例，同时结合梯度涂层表面自生成的纳米凹坑作用，以期在水润滑条件下获得优异的减摩抗磨性能，为碳化物衍生碳梯度涂层材料在水润滑领域的摩擦学应用提供理论和和技术基础。

结论摘要：

本项目的目的是通过系统研究碳化物衍生碳（CDC）梯度涂层材料在水润滑条件下的减摩抗磨行为与机理，开发新的水润滑减摩抗磨技术，为CDC梯度涂层材料在水润滑领域的摩擦学应用提供理论和技术基础。首先，应用第一性原理研究了CDC梯度涂层的微观结构特征及其水吸附行为。发现由SiC，TiC和ZrC三种碳化物形成的CDC梯度涂层结构 — Si-CDC，Ti-CDC和Zr-CDC表面均存在凹凸不平的纳米孔结构。但是，表面形成的纳米孔结构形状与碳化物类型密切相关。此外，碳化物表面去除金属原子之后形成了强度更高的C-C键。而且，所形成C-C键的数目与强度也均与碳化物类型有关。Si-CDC，Ti-CDC和Zr-CDC均表现出亲水特性。与原碳化物相比，Si-CDC的水吸附性能有所下降，而Zr-CDC与Ti-CDC的水吸附性能均提高。其次，系统研究了CDC的结构演化及其调控。发现催化剂Fe的引入对CDC的微观结构有显著影响。主要表现是（1）改变了CDC微观组织结构随卤化反应温度的变化规律。在存在Fe催化剂的情况下，CDC的结构有序性随反应温度呈现先升高后降低再升高的变化规律；（2）在较高氯化温度下催化形成了大量纳米金刚石。这种金刚石面间距较大，属于空位型金刚石结构。这一结果在其他文文献尚未见报道；（3）观察到CDC中存在具有较大晶面间距的中空洋葱碳，且洋葱尺寸越大，中空的直径越大。最后，详细探讨了CDC的水润滑摩擦学行为。研究表明（1）不论在干摩擦还是水润滑条件下，CDC梯度涂层均表呈现出良好的减摩性能，而且，比较而言，CDC在水润滑条件下的减摩效果更加明显；（2）表面抛光处理对CDC梯度涂层的水润滑摩擦学行为有重要影响。经适当表面抛光处理后的CDC梯度涂层不仅减摩效果更显著，而且其耐磨性也十分优异。表明表面抛光处理是确保CDC表现出良好的减摩抗磨性能的有效技术手段。（3） 制备CDC的反应气氛中的氯气含量也对其水润滑摩擦学性能有影响。总体而言，较低的氯气含量条件下所获CDC具有优异的减摩耐磨性能；（4）CDC中碳的微观结构特征与其摩擦学性能存在一定的相关性。随非晶碳含量增加或者ID/IG增大，CDC梯度涂层的摩擦系数与磨损率都呈现减小趋势，表明CDC梯度涂层的碳结构越无序，其减摩抗磨性能越好。这一结果无疑有助于面向水润滑应用的高性能CDC梯度涂层材料的发展。