用于微结构气体探测器的类金刚石碳阻性电极制备研究

通过磁控溅射法制备了用于微结构气体探测器（MPGD）的新型类金刚石碳（DLC）阻性电极，研究了靶电流、真空度、元素掺杂等因素对DLC阻性电极面电阻的影响规律，以及DLC阻性电极结合强度和内应力的优化方法。结果表明：随靶电流的增大，DLC阻性电极的面电阻降低；真空度越高，DLC阻性电极的面电阻越小，稳定性越好；氢元素和氮元素的掺杂使得DLC阻性电极的面电阻增大，且氢元素影响更加明显。本文方法为新构型微结构气体探测器的研发和性能提升奠定了技术基础。     

类金刚石薄膜在腐蚀介质中的摩擦磨损行为研究

目的 在304不锈钢表面制备DLC薄膜,并探究其在1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液中的摩擦磨损行为。方法 通过非平衡磁控溅射设备（UPD650）制备DLC薄膜。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪,对DLC薄膜的微观结构及磨斑、磨痕进行表征。使用划痕仪和纳米压痕仪,分别测试DLC薄膜的结合力、硬度和弹性模量。使用接触角测量仪测试1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液和去离子水在304不锈钢和DLC薄膜表面的润湿角。采用CSM摩擦试验机研究304不锈钢和DLC薄膜的摩擦磨损行为。利用动电位极化评价304不锈钢和DLC薄膜的耐腐蚀性能。结果 304不锈钢表面制备的薄膜厚度约1.95 μm,结合力为37 N左右,硬度和弹性模量分别约为14.7 GPa和191.1 GPa。DLC薄膜在1 mol/L NaOH溶液中的摩擦系数高达0.18,而在3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液和去离子水中的摩擦系数低至0.05左右。在1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液中,DLC薄膜的磨损率比304不锈钢的小2、3个数量级。极化测试结果显示,DLC薄膜在不同介质中的腐蚀电流密度顺序为1 mol/L H2SO4<3.5%NaCl<1 mol/L NaOH。结论 沉积的DLC薄膜具有良好的机械性能和耐腐蚀性能,能够很好地改善304不锈钢在1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液中的摩擦磨损性能。     

磁控溅射沉积BC_x薄膜的摩擦学性能

探索具有优良摩擦学性能的BCx薄膜的制备方法具有重要意义,文中采用闭合场非平衡磁控溅射碳化硼靶和石墨靶(纯度均为99.9%)的方法,在38CrMoAl齿轮钢和Si(100)表面沉积BCx薄膜,利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱、纳米压入仪、CSM摩擦磨损试验机和X射线光电子能谱仪(XPS)分别分析了BCx薄膜的结构特征、力学性能和摩擦磨损性能,得到了石墨靶电流对碳化硼薄膜结构和性能的影响规律。结果表明:相同的沉积时间内,BCx薄膜的厚度随石墨靶电流的增加逐渐增大,硬度、弹性模量逐渐降低,微观形貌的柱状结构特征越来越明显;增加石墨靶电流可以提高BCx薄膜的摩擦学性能,当石墨靶电流为2.4A时,BCx薄膜的摩擦因数稳定在0.2左右,且具有最佳的耐磨性能。     

硼掺杂DLC薄膜在海水环境中的腐蚀磨损性能

目的 研究硼（B）掺杂对类金刚石（DLC）薄膜在人工海水介质中耐腐蚀性能和摩擦磨损性能的影响。方法 利用非平衡磁控溅射的方法,通过控制碳化硼靶材和石墨靶材电流,在304不锈钢基底表面沉积了一种无掺杂DLC薄膜和两种不同B含量的DLC薄膜（B的原子数分数分别为7.23%、13.27%）。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、纳米压痕仪、划痕仪、摩擦实验机对薄膜的化学成分、显微结构、纳米硬度、结合力及摩擦性能进行研究。通过测试薄膜在人工海水介质中的静态极化曲线和交流阻抗谱以及监测薄膜在摩擦前后和摩擦过程中的开路电位变化,来研究薄膜在人工海水中的摩擦学和耐腐蚀性能。结果 与未掺杂的DLC薄膜相比,掺杂B原子数分数为7.23%的DLC薄膜的硬度和弹性模量变化不明显,但ID/IG增大,与基底的结合力增大到36 N（无掺杂DLC薄膜为20 N）,自腐蚀电位升高,自腐蚀电流密度减小,极化电阻增大,并且在人工海水介质中的摩擦系数降低了10.7%,磨损量降低了37.0%,开路电位大幅升高。掺杂B原子数分数为13.27%的DLC薄膜的摩擦学及耐蚀性能则大幅度下降。结论 在DLC薄膜中掺杂适量的B有助于提高DLC薄膜在人工海水介质中的耐腐蚀性能和磨蚀性能。     

镍基涂层/碳基薄膜复合体系磨蚀行为

利用非平衡磁控溅射技术在316L不锈钢基底和316L不锈钢基底喷焊Ni60C涂层表面分别制备a-C、a-C:H、a-C:Cr3种类金刚石碳基(DLC)薄膜,对比分析了不同防护体系在5%H_2SO_4(质量分数)溶液中的耐磨蚀性能。结果表明:较单层DLC薄膜,Ni60C/DLC复合体系膜-基结合强度大幅提高,腐蚀磨损性能显著改善,其摩擦系数在0.05～0.14之间,腐蚀磨损率在0.66×10~(-8)～5.7×10~(-8) mm~3/N·m之间。Ni60C涂层作为硬质支撑层提高了薄膜的承载能力,且有效抑制了腐蚀摩擦过程中碳基(DLC)薄膜的石墨化进程,提高了Ni60C/DLC复合体系耐磨蚀性能。     

Inconel 718合金表面纳米多层CrAlN/CrN涂层的制备及高温摩擦学性能研究

为提高Inconel 718合金的表面硬度和高温摩擦磨损性能,采用多弧离子镀技术在其表面制备CrAlN/CrN涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪和划痕仪等对涂层的微观结构、力学性能进行分析表征。使用UMT摩擦磨损试验机测试涂层在室温、350℃和650℃下的摩擦性能,并对磨痕的形貌特征、元素分布和物相进行分析,分析涂层在不同温度下的摩擦磨损机制。结果表明：纳米多层CrAlN/CrN涂层微观结构致密,主要由fcc-CrN相组成,择优取向为(200)晶面;CrAlN/CrN涂层在Inconel 718合金表面具有良好的力学性能,其硬度和结合力分别为(29.3±1.2) GPa和70.4 N;涂层在室温和350℃下具有优异的耐磨性,磨损率分别低至1.5×10^-6 mm³/(N·m)和1.7×10^-6 mm³/(N·m),主导的磨损机制分别为磨粒磨损和疲劳磨损;650℃时涂层达到最低摩擦系数(0.33),但磨损率有所升高,主要表现为磨粒磨损。     

Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层制备及高温摩擦学行为研究

目的 基于表面耐高温薄膜和高承载金属陶瓷涂层性能优势协同的设计思想,制备Cr3C2-NiCr/ TiSiN-CrAlN复合涂层,提高硬质薄膜机械性能和不同温度下的摩擦学性能。方法 采用超音速火焰喷涂(HVOF)和电弧离子镀(AIP)技术制备Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、纳米压入仪、划痕仪和高温摩擦磨损试验机等对复合涂层的微观结构、机械性能和不同温度下的摩擦磨损行为进行系统研究。结果 Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层微观结构致密,界面结合良好,其顶层耐高温薄膜由CrAlN结合层和TiSiN-CrAlN交替多层构成,总厚度约6.7 μm,低于不锈钢表面直接沉积TiSiN-CrAlN薄膜的厚度(约9.6 μm)。Cr3C2-NiCr支撑层微观结构和形貌影响其表面沉积TiSiN-CrAlN薄膜的结晶性。Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层具有优异的机械性能,其纳米硬度和弹性模量分别高达(37.3±2.6)GPa和(506.1±10.6)GPa,结合力相比不锈钢表面TiSiN-CrAlN多层膜显著提高。得益于Cr3C2-NiCr支撑层的引入,复合涂层在不同温度下的摩擦因数和磨损率均比单一薄膜的低,其摩擦因数在900 ℃下可稳定保持在0.44左右,磨损率约为3.13×10^?5 mm³/(N.m),表现出良好的高温摩擦学性能。此外,磨损机制分析表明,500 ℃以下主要为磨粒磨损和黏着磨损,摩擦因数较大、不稳定,但磨损率基本不变;700 ℃时由于Cr3C2-NiCr层的支撑作用而无明显的疲劳磨损,氧化磨损发生;900 ℃时氧化磨损主导,摩擦界面生成主要成分为TiO2、Cr2O3的摩擦反应膜。结论 采用HVOF和PVD相结合的方法在不锈钢表面制备的Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层具有良好的机械性能和优异的高温摩擦学性能,可进一步改善耐高温薄膜的综合性能,具有良好的应用前景。