为了加快人类探索太空以及开发利用空间资源的速度,研制长寿命、高可靠的航天器已迫在眉睫。传统的润滑和表面处理技术已不能满足日益发展的高技术需求,而超滑技术的发展对研制长寿命、高可靠的航天器至关重要。H-DLC薄膜(Hydrogenated diamond-like carbon film)由于其高硬度、低摩擦系数、高耐磨性等优越性能被认为是最有潜力的空间超滑材料之一。然而,目前对于H-DLC薄膜的超滑失效机理尚不完全清楚,离实际的工程应用还有较大的差距。而且随着H-DLC薄膜超滑技术的不断发展,航天器机构的寿命周期可能会呈指数级的增长,传统的加速寿命试验方法已经无法满足航天器机构的超滑寿命预测。因此,本文为了全面深入地了解H-DLC薄膜的超滑失效机理及建立加速超滑寿命预测模型,亟需开展多因素作用下的H-DLC薄膜超滑失效机理研究。本文的研究不仅有助于丰富超滑技术的基础理论,也有助于推动H-DLC薄膜超滑技术的实际应用。论文得出的主要结论和创新点如下:(1)揭示了载荷对H-DLC薄膜超滑失效的影响规律,发现真空低载有利于转移层在氧化铝对摩副上的稳定形成,而高载引起的高剪切应力会导致转移层的快速脱落及超滑失效。真空环境下,H-DLC薄膜在低载荷下可以实现长久稳定的超滑状态,但是高载荷却会加速超滑失效。大气环境下,H-DLC薄膜的摩擦系数随载荷增大而减小。借助SEM、Raman和AFM等测试分析发现,真空环境下由于氢钝化不充足在摩擦过程中可能引起H-DLC薄膜摩擦界面自由的σ悬键被激活,导致H-DLC薄膜的耐磨性降低,从而产生磨屑并在氧化铝对磨副表面形成转移层。在低载荷下,该转移层能够稳定形成进而实现超滑,而在高载荷下,高剪切应力会导致氧化铝对磨副表面转移层的快速脱落,从而导致H-DLC薄膜的超滑失效。(2)阐明了速度对H-DLC薄膜超滑失效的影响机制,发现真空低速有利于H-DLC薄膜超滑的稳定实现,而高速引起的摩擦界面冲击波动会导致转移层脱落及超滑失效。真空环境下,H-DLC薄膜的超滑稳定性会随着速度的增大越来越差,直至在高速下导致其超滑状态快速失效。借助SEM、Raman和AFM等测试分析发现,真空环境中,低速有利于在对磨副表面形成连续致密的转移层,而高速下由于摩擦界面的振动会产生瞬间的冲击载荷,进而导致转移层的脱落及超滑失效。大气环境下,H-DLC薄膜的摩擦系数随着速度的增大先减小后增大,其原因可能归因于转移层和气体钝化的耦合作用。(3)揭示了运动模式对超滑失效的影响规律,发现往复与旋转运动下高接触频率均会导致H-DLC薄膜的高摩擦系数,往复运动下的交变应力更易导致超滑失效。在往复或者旋转运动下,高接触频率会导致H-DLC薄膜的摩擦系数增大。分析其原因,高接触频率会导致摩擦界面产生更高的摩擦生热。该摩擦热一方面会生成更多的氧化物,另一方面也会导致摩擦界面吸附水分子的解离从而暴露出表面的σ键,增大摩擦界面的剪切力,最终导致H-DLC薄膜摩擦系数的增大。真空环境下,H-DLC薄膜在旋转运动下可以实现长久稳定的超滑,然而在往复运动下却容易导致其超滑过早失效。通过进一步的Raman、AFM等测试分析发现,在双向交变应力下H-DLC薄膜应力较高的点或材料有缺陷的点会逐步形成非常细微的裂纹,随着裂纹尖端的应力集中严重,促使裂纹逐渐扩展,最终造成H-DLC薄膜在往复运动中的磨损更严重。(4)基于传统加速寿命试验的基本原则,提出了以磨损深度大于薄膜厚度作为H-DLC薄膜超滑失效的判据,初步建立了一套H-DLC薄膜加速寿命试验方法。由于H-DLC薄膜超滑状态的可逆性,当H-DLC薄膜被磨穿时其超滑状态才最终失效,因此提出了以磨损深度大于薄膜厚度作为H-DLC薄膜超滑失效的判据,初步建立了一套H-DLC薄膜加速寿命试验方法:首先在保证H-DLC薄膜失效模式和失效机理一致的情况下遴选出极限速度加速应力,进而对比验证实际工况速度与极限速度加速应力下H-DLC薄膜的磨损深度与寿命曲线,最终初步建立了加速超滑寿命预测模型。