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。     

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。     

空心阴极放电制备金刚石薄膜及其性能研究

以石墨为电极，Ar气为辅助气体，利用空心阴极等离子体放电在载玻片上成功地制备了无氢类金刚石（DLC，diamond-likecarbon）薄膜。通过激光拉曼（Raman）光谱分析了所制备DLC薄膜的结构；利用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）分析了薄膜的表面形貌；通过表面轮廓仪测量了薄膜的沉积速率；另外，试验中还利用摩擦磨损仪对薄膜的机械性能进行了研究。试验结果表明，制备的DLC薄膜比较致密均匀，粗糙度为8．1nm，有较好的耐磨性能。     

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。     

不同金属基材上类金刚石薄膜的摩擦特性

针对类金刚石(DLC)薄膜在精密机械零件中的应用,研究了在常温条件下沉积高界面强度的DLC薄膜的技术,以提高DLC薄膜与金属基材之间的结合强度.通过在基材与薄膜之间沉积加入a-Si:H中间过渡层,研究了在不同金属基材上DLC薄膜的结合强度.采用Ball-on-Disk方法评价了薄膜的摩擦特性并测定其摩擦系数、疲劳破坏寿命和磨耗.实验结果表明:在薄膜与金属基材之间加入a-Si:H过渡层后,界面的结合(键合)强度得到了明显的改善,在金属基材上沉积的DLC薄膜在磨耗过程中被完全磨穿而没有发生剥离.实验显示,在自制的化学气相沉积RF-DCCVD装置上沉积的DLC薄膜的最大沉积厚度是3.3μm;在1μm厚度的薄膜上施加2.94 N的负荷(点载荷),其疲劳破坏寿命达到了70万循环;DLC薄膜与SiC,Si3N4,SUS304和SUJ2材料之间的摩擦系数为0.1～0.15.得到的结果验证了薄膜与金属间的结合强度和摩擦特性能够满足精密机械零件的使用要求.     

ECR结合中频磁控溅射制备掺Cu类金刚石膜工艺及性能研究

为改善DLC膜的内应力及导热问题,采用ECR微波等离子体化学气相沉积及中频磁控溅射的方法制备掺Cu类金刚石膜,研究溅射电流对薄膜中Cu含量、薄膜表面形貌、结构及机械性能的影响.结果表明:改变溅射电流能有效地控制类金刚石膜中金属含量,拉曼光谱显示,制备的薄膜为典型的类金刚石薄膜结构;Cu的掺入使得类金刚石膜的硬度和耐磨损性能下降,但在一定溅射电流下可得到薄膜结构及机械性能均较好的掺Cu类金刚石膜.     

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。     

工艺条件对类金刚石薄膜在不同介质环境下摩擦学性能的影响研究

考察了基底负偏压对类金刚石薄膜(DLC)在无水和有水环境下摩擦性能的影响。利用电子回旋共振等离子体化学气相方法沉积制备DLC薄膜,利用激光拉曼(Raman)、原子力显微镜(AFM)和纳米硬度计表征了其结构特征,用UMT型多功能摩擦磨损实验机考察了其摩擦性能,并用光学显微镜分析了磨痕特征。结果表明:随着基底偏压的增加,表面粗糙度减小;在无水条件下,基底偏压较低的DLC薄膜摩擦因数较高,并存在一定的波动性,基底偏压较高时,摩擦因数较低。在有水条件下,基底偏压对摩擦因数影响不大。总体来说,加水后薄膜磨损较为严重。     

类金刚石薄膜纳米摩擦性能的试验研究

利用摩擦力显微镜(FFM),对由等离子体增强化学气相法沉积的类金刚石(DLC)薄膜的纳米摩擦性能进行了试验研究。用原子力显微镜(AFM)观察了DLC薄膜样品的表面形貌,同时测定了其粘附力值。从外加载荷、扫描速度和湿度的角度分析了薄膜的摩擦特性。     

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。     

苏尔寿收购贝卡尔特类金刚石涂层

2010年7月5日,苏尔寿美科公司完成了对比利时贝卡尔特集团类金刚石（DLC）涂层的收购工作。此次收购扩展了苏尔寿美科公司（SulzerMetco）在薄膜涂层市场上的地理分布和技术范围。新收购的6个类金刚石（DLC）涂层工厂能完美地融人苏尔寿Metaplas现有的服务中心（4个在德国,1个在中国）。服务中心能提供PVD（物理气相沉积）涂层服务、PHT（等离子热处理）服务、联合处理服务和物理气相设备。     

负偏压对含氢类金刚石薄膜性能的影响

为了解决类金刚石(DLC)薄膜与金属基材间的界面结合强度问题,本研究采用直流等离子体增强化学气相沉积(DC-PECVD)技术,以等时长、不同偏压条件在45钢基材上沉积复合DLC薄膜.采用扫描电镜、原子力显微镜观察薄膜形貌;采用拉曼光谱仪分析薄膜成分;采用涂层附着力自动划痕仪测定膜基结合强度.结果表明:制备偏压从-600...     

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。     

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。     

金刚石薄膜在轴承行业的应用研究

对金刚石薄膜成膜及应用技术进行研究,探讨金刚石薄膜在轴承行业应用的可能性。通过对金刚石薄膜成膜工艺的研究,认为轴承表面金刚石固体润滑膜宜采用物理气相沉积（PVD）工艺,该工艺沉积温度较低,镀膜后,不会改变轴承材料组织及性能,轴承精度基本不受损失。所得到的金刚石膜为类金刚石膜,具有膜面平整光滑、摩擦系数低、耐磨损、耐高温、耐腐蚀、薄膜与基体结合力较强等优良性能,能够满足特殊工况轴承固体润滑需要。同时进行了金刚石薄膜性能测试与评价技术的研究。     

类金刚石膜生长特性的分子动力学模拟

类金刚石膜(Diamond-like Carbon,DLC)的沉积过程直接影响着薄膜分子结构,从而决定着最终薄膜的物理化学特性。采用分子动力学模拟的方法,计算了以C原子为沉积物,在50eV和100eV入射能量下制备无氢DLC膜的动力学过程,详细考察了不同生长阶段表面生成膜的生长特性。通过比较,模拟结果观察到并揭示出在一定的入射能量冲击下,基体表面薄膜的一种新的点—链—网成长过程及薄膜形成机制。同时发现,随着入射能量的增加,基底的逃逸原子数亦相应增加,基底原子向表面薄膜的扩散和渗透距离变长,薄膜密度在入射能量较高时,变化数量及趋势基本一致。     

TiNi表面磁控溅射DLC薄膜的纳米压痕与摩擦性能

采用室温磁控溅射技术在TiNi合金表面制备出DLC/SiC(类金刚石/碳化硅)双层薄膜(SiC为中间层),采用拉曼光谱仪、纳米压痕仪和球-盘式摩擦磨损仪研究DLC薄膜的结构、纳米压痕和摩擦性能.结果表明:制备的DLC/SiC薄膜石墨含量高、纳米硬度(5.493 GPa)低、弹性模量(62.2447 GPa)低.在以氮化硅球(半径为2mm)为对摩件,4.9N载荷、室温、Kokubo人体模拟体液润滑下,该DLC/SiC薄膜具有低且稳定的摩擦因数,其平均值约为0.094.     

类金刚石表面改性C/C复合材料的摩擦磨损性能

采用等离子体增强化学气相沉积法在C/C复合材料基底表面制备了不同厚度的类金刚石（DLC）表面改性膜;用球-盘对磨的方式测试了C/C复合材料基底和DLC膜在干态下的摩擦磨损性能。结果表明:制备的表面改性膜具有典型的DLC结构特征,均匀致密;随着沉积时间的延长,DLC膜厚度逐渐增大,膜基结合强度依次减小;C/C复合材料基底的平均摩擦因数为0.285 8,磨损率约为1.6×10^-4mm³·N^-1·m^-1,表面改性膜的摩擦因数较基底有较大程度的降低,在0.08～0.27之间,磨损率也降低了1～2个数量级,且沉积时间越长其摩擦因数越小、磨损率越低。     

碳离子束注入辅助蒸发低温沉积DLC薄膜研究

采用碳离子束注入辅助蒸发技术低温沉积了DLC薄膜,对薄膜沉积的工艺参数进行了优化,并对该薄膜的摩擦学行为进行了探讨。研究发现:碳离子束注入辅助蒸发技术沉积的DLC薄膜在离子量为3.0×1017ions/cm2,沉积率为0.1nm/s时具有最小的摩擦因数(<0.1);电流为2.0mA比3.0mA条件下所沉积的DLC薄膜表面光滑;磨损试验后,DLC薄膜的表面只有轻微磨损的痕迹。     

类金刚石薄膜水润滑摩擦学特性研究进展

综述类金刚石薄膜水润滑摩擦学特性的研究进展,评述薄膜在水环境中的摩擦磨损特性,分析薄膜种类、元素掺杂、对摩材料以及微结构对DLC薄膜水润滑摩擦学特性的影响,并阐述DLC薄膜在水中的摩擦磨损机制。指出:DLC薄膜水润滑摩擦学特性受薄膜制备参数和摩擦试验环境影响,通过与微结构的耦合可以进一步改善类金刚石薄膜的摩擦学特性。同时还展望了类金刚石薄膜水润滑摩擦学未来研究方向。