DLC薄膜的表面形貌及其摩擦学性能研究

以真空蒸发碳离子束辅助镀膜法制备了DLC薄膜，通过原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)观察了该薄膜的表面形貌，对该薄膜的表面形貌对其摩擦学行为的影响进行了研究。研究发现：用真空蒸发碳离子束辅助镀膜的方法制备的类金刚石薄膜表面光滑，颗粒均匀，粒度小，摩擦因数降低；DLC薄膜比弹簧钢片及Ti6Al4V球基体耐磨；DLC薄膜的摩擦学性能在摩擦过程中会进一步改善。     

磁头/磁盘表面保护膜及抗吸附分子膜研究

在中国国家自然科学基金重大项目《先进电子制造中的重要科学技术问题研究》资助下，针对2nm厚度的DLC薄膜的制备和磁头、磁盘间的吸附等问题，探索“磁头、磁盘表面润滑规律和超薄保护膜的生长机理及技术”，目标是寻找磁头、磁盘表面超薄DLC薄膜新的制备方法和制备工艺，发现超薄DLC保护膜的生长机理和生长极限，开发磁头表面抗吸附分子膜的制备技术。报告研究所取得的体系化理论成果。 为了制备厚度为2nm的超薄DLC薄膜，使用FCVA技术代替磁控溅射和CVD技术。通过优化制备参数，制备出厚度为2nm，表面粗糙度为0.128nm，并且连续均匀的DLC薄膜。探索基体形貌对薄膜生长模式的影响规律。发现在脉冲偏压幅值-100V、占空比20%条件下制备的薄膜性能最优     

负偏压对DLC薄膜结构和摩擦学性能的影响

采用离子束溅射沉积镀膜法制备了DLC薄膜,研究了偏压对薄膜性能的影响。通过原子力显微镜(AFM)和拉曼光谱对DLC薄膜的表面形貌以及内部结构进行了分析表征。并用UTM-2摩擦磨损仪对其摩擦学性能进行了测试。结果表明,利用离子束溅射沉积制备的DLC薄膜具有良好的减摩抗磨性能。随着偏压的增加薄膜的摩擦因数先减小后增加,在-150 V偏压时,薄膜的摩擦学性能最好。     

脉冲偏压对PECVD制备DLC薄膜的结构及性能的影响

在不锈钢基材表面利用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)改变脉冲偏压制备不同结构类金刚石薄膜(DLC)。分别采用表面轮廓仪、扫描电镜、拉曼光谱及电子探针分析薄膜的表面粗糙度、断面形貌、薄膜结构及成分,采用纳米压痕仪及划痕仪测试薄膜的纳米硬度、弹性模量和膜基结合力,采用球盘摩擦试验机测试薄膜在大气环境中的摩擦学性能。结果表明:脉冲偏压显著影响PECVD制备的DLC薄膜的表面粗糙度、微观形貌、膜基结合力、纳米硬度及摩擦学性能;随偏压的增大,DLC薄膜的表面粗糙度,摩擦因数及磨损量都先减小后增大,而膜基结合力则先增大后减小。其中2.0 k V偏压制备的DLC薄膜具有最强的膜基结合力,而1.6 k V偏压制备的DLC薄膜具有最低的表面粗糙度、最高的硬度和最优的减摩耐磨性能。     

沉积温度对脉冲真空弧源沉积类金刚石薄膜性能的影响

利用脉冲真空弧源沉积技术在Cr17Ni14Cu4不锈钢和Si(100)基体上制备了类金刚石(DLC)薄膜,研究了基体沉积温度对DLC薄膜的性能和结构的影响。研究表明,随着沉积温度由100 ℃提高到400 ℃,DLC薄膜中sp3 键质量分数减少,sp2键质量分数增多,薄膜复合硬度逐渐降低。当DLC薄膜沉积温度达到400 ℃时,薄膜中C原子主要以sp2键形式存在,与沉积温度为100 ℃时制备的DLC薄膜相比,薄膜复合硬度降低50%。DLC薄膜具有优异的耐磨性,摩擦因数低,随着沉积温度由100 ℃提高到400 ℃,Cr17Ni14Cu4不锈钢表面沉积的DLC薄膜耐磨性降低。沉积温度为100 ℃时,Cr17Ni14Cu4不锈钢表面沉积的DLC薄膜后,耐磨性大幅度提高。DLC薄膜与不锈钢基体结合牢固。     

金属密封环表面大气压等离子体枪沉积类金刚石薄膜耐磨性能

采用大气压介质阻挡放电等离子体枪,在低温下(350℃),以甲烷为单体,氩气为工作气体,在金属密封环表面制备一层附着牢固的类金刚石薄膜(DLC),以期改善其表面耐磨性能。利用激光拉曼(Raman)光谱分析所制备DLC薄膜的结构;利用原子力显微镜(AFM)分析其表面形貌;利用划痕仪测量其与基体的结合力;用扫描电子显微镜(SEM)观察其划痕形貌;并利用球-盘摩擦磨损实验仪考察其耐磨性能。结果表明:在本实验工艺条件下沉积的类金刚石薄膜厚度约为500nm,薄膜均匀且致密,表面粗糙度为Ra5～6nm,其与基体结合力达到49N;制备的DLC薄膜具有优良的减摩性,其摩擦因数为0.148,较基体20CrNiMo的摩擦因数0.65明显减小,且耐磨性能得到提高。     

不同温湿度下风电轴承表面防护DLC薄膜微动摩擦特性

针对湿热环境下风电绝缘轴承的微动磨损失效问题，采用等离子体增强化学气相沉积工艺在绝缘涂层Al₂O₃表面沉积类金刚石碳(DLC)薄膜，研究温湿度对其微动摩擦特性的影响。结果表明：DLC薄膜在适当高温下均具有良好的摩擦学性能，在湿度为80%RH时的平均摩擦因数较小；温湿度较高的环境有利于降低DLC薄膜的微动磨损程度，提高绝缘轴承的防护程度；对磨痕处进行拉曼光谱分析表明摩擦过程中DLC薄膜磨痕表面杂化键sp²/sp³比值均大幅上升，且薄膜发生了石墨化转变。DLC薄膜在高温下的低摩擦行为主要是由于DLC薄膜表面石墨化过渡层和磨损表面石墨化的协同作用。     

类陨石坑表面类金刚石薄膜的制备及摩擦特性

为了提高DLC（Diamond-like Carbon）类金刚石薄膜与SAE1060碳素钢基材的结合强度,以延长发动机活塞环的使用寿命,研制了一种带有复合阳极的RF-DCCVD双电源化学气相沉积设备。利用锯齿结构的辅助阳极产生尖端放电,制备了具有微米类陨石坑非连续结构的DLC薄膜,并利用Ball-on-Disk摩擦评价试验机评价了薄膜的摩擦特性。着重研究了极间距S -T对薄膜表面类陨石坑密度的影响;最后利用拉曼光谱仪分析了薄膜结构和成分。结果表明：在同样的电压下,类陨石坑的密度随着电极间距的增加而减小,最佳电极间距S -T为40~60 mm,此时不仅具有比较适中的类陨石坑密度,对DLC薄膜的摩擦特性影响不大,而且具有较强的界面结合强度。当S-T为50 mm,施加载荷为3 N时,薄膜的破坏寿命达到了130万循环,比光滑表面的薄膜延长了30万循环。得到的结果显示微米类陨石坑非连续结构能够有效地释放膜内的残余压缩应力,延长SAE1060碳素钢基材上沉积类金刚石薄膜的使用寿命。     

基于多轮廓型腔结构件表面DLC薄膜的制备与性能研究

类金刚石碳膜是力学综合性能、耐磨损、耐腐蚀和透光性能好的薄膜,在先进制造技术领域得到了越来越多的应用。通过类金刚石(DLC)薄膜制备方法与机械特性的阐述,对不同磁控溅射法对多轮廓型腔结构件表面DLC薄膜结构性能的干扰制约,以及DLC薄膜工艺技术制定方案的关键问题进行深入探究。     

氮化硅陶瓷表面DLC膜的制备及摩擦性能研究

利用等离子体基离子注入与沉积技术,在氮化硅陶瓷片表面制备200～400nm的类金刚石碳膜。测试薄膜的厚度、表面形貌、结构、膜基结合力,利用球盘试验机考察DLC膜的摩擦性能。结果表明:沉积薄膜均匀光滑;薄膜的硬度和弹性模量与基体差异较小,膜基结合力强;DLC膜具有较低的摩擦因数,抗磨性能优异。