磁过滤真空阴极电弧技术弧电流对四面体非晶碳薄膜性能的影响

研究了磁过滤阴极真空电弧技术中不同弧电流(20~100 A),制备的四面体非晶碳薄膜性能的影响。通过对薄膜厚度、薄膜硬度、表面形貌以及sp3键含量随弧电流的变化结果进行了测试。结果表明,当弧电流从20增大至100 A,表征薄膜sp杂化碳含量的ID/IG从0.212增加到1.18,显示制备薄膜的sp3键含量逐渐减少,同时sp2键在逐渐增加。随着弧电流值上升,薄膜硬度增加,表明其值与弧电流值呈正相关性,高的弧电流使通过磁过滤器的大颗粒等离子体数增加,从而薄膜表面形貌易于沉积大颗粒,导致薄膜表面质量下降。因此,选择合适的弧电流值可优化Ta-C薄膜制备工艺,本文研究内容为工业应用中通过弧电流调整优化膜层综合性能提供参考。     

射频辉光放电自偏压对类金刚石碳膜结构和性能的影响

采用高压探头示波器系统研究了射频辉光放电参数对自偏压的影响规律.结果发现自偏压随着射频功率平方根而线性增加,随纯Ar和Ar,C2H2混合气体气压的降低而降低,自偏压随C2H2的比率增大而增加,而且,射频输入功率在500和700 W下,由射频辉光放电所制备的类金刚石薄膜分别通过Raman光谱和纳米压痕技术测试,研究了这些薄膜的微观结构和机械性能.功率500 W制备的类金刚石薄膜(ID/IG为0.66)较700W制备的类金刚石薄膜(ID/IG为1.44)具有较高的硬度和sp3键含量,表明在500 W功率下制备的类金刚石薄膜中有高含量的sp3键.     

磁场增强的碳阴极弧沉积ta-C薄膜的基体偏压效应

利用磁场增强的石墨阴极弧在Si片和M2高速钢上沉积了ta-C薄膜,重点研究了基体偏压对膜层截面形貌、沉积速率、膜层结构、耐腐蚀性能和摩擦系数的影响。结果发现,在-100V偏压下膜层较为致密,缺陷较少;基体偏压增加,膜层沉积速率增加;拉曼光谱分析显示,在-100V偏压下ID/IG值最小(0.4),表明sp3键含量最高;平衡腐蚀电位随基体偏压先升高后降低,在-100V时最大;膜层耐蚀性提高3倍;摩擦副采用Al2O3,在-100V偏压下摩擦系数最低。     

GCr15钢领基体磁控溅射类金刚石薄膜的工艺

为了提高钢领表面耐磨性,采用中频非平衡磁控溅射法在经热处理的GCr15钢领上制备了类金刚石(DLC)薄膜,并对不同磁控溅射功率、负偏压下制备的DLC薄膜进行了组织结构分析和摩擦磨损性能测试。结果表明:随着溅射功率、负偏压增加,DLC薄膜的Raman谱G峰位置和ID/IG值均整体上呈增加趋势,sp3键含量减少,石墨化程度增加;负偏压恒定为100 V时功率为8 k W以及功率恒定为5 k W时负偏压120 V,制备的DLC薄膜具有较小的摩擦系数和稳定的抗磨损性能。     

人工机械瓣材料上沉积类金刚石膜及耐磨性研究

采用磁过滤阴极真空弧源法对低温热解碳瓣叶和瓣环内Ti6Al4V贴片进行了类金刚石膜沉积,并利用模拟摩擦磨损试验检验了薄膜耐磨性,采用X射线光电子能谱检测了薄膜化学键结构.结果表明:利用A3工艺在瓣环内Ti6Al4V贴片上制备了sp3键含量约为66.9％的类金刚石膜,该薄膜在模拟体液中具备较好的耐磨性,同时,缩短每轮镀膜时间降低了薄膜沉积温度,有利于增加薄膜sp3键含量,提高耐磨性;利用B工艺在瓣叶边缘上沉积了sp3键含量约为67.9％的类金刚石膜,该薄膜与A3工艺镀膜后的瓣环内Ti6Al4V贴片配合进行了模拟摩擦磨损试验,体现出较好的耐磨性.     

弧流对超薄四面体非晶碳膜的结构和性能的影响

使用45°双弯曲磁过滤阴极真空电弧系统(FCVA)制备超薄四面体非晶碳膜(ta-C),研究了弧流对薄膜结构和性能的影响。结果表明:当弧流由40 A增加到70 A时薄膜沉积速率提高,sp3的含量先增加后减小;当弧流为60 A时薄膜sp3的含量达到最大66%,密度也达到最大(3067 kg/m3)。残余压应力随着弧流的增加呈现先增加后减小的趋势,当弧流为40 A时薄膜的残余应力最小(4 GPa)。在碳膜沉积过程中碳源粒子有填充基体凹坑和减少基体缺陷的作用,使其表面非常光滑。超薄ta-C碳膜的表面粗糙度随着弧流的增加先降低后增加,当弧流为50 A时薄膜表面粗糙度最小(0.195 nm)。     

离子镀中弯管磁过滤器的效率和颗粒去除效果的研究

真空多弧离子镀沉积四面体非晶碳薄膜(ta-C)过程中,利用90°磁过滤器弯管去除大颗粒。本文探究了磁场强度、弯管偏压、弧电流和挡板孔径对弯管中离子传输效率(离子流)的影响,同时研究了薄膜表面颗粒去除情况。实验结果表明,弯管中离子流随磁场强度增强而增大,但增大磁场强度会导致颗粒数量增多;在中低磁场强度下,弯管偏压约为+15 V时可获得较高的离子传输效率,相比于不施加偏压提高了近70%;减小挡板孔径可使沉积速率降低,但可以显著改善大颗粒过滤效果;改变弧电流对弧源离子产生率和过滤器传输效率几乎没有影响,减小弧电流能够降低大颗粒的发射数量。本文研究内容为工业应用中采用磁过滤弯管减少薄膜大颗粒提供参考。     

脉冲磁过滤阴极弧等离子体制备四面体非晶碳膜

介绍了脉冲磁过滤阴极电弧法制备四面体非晶碳膜(tetrahedral amorphous carbon即ta-C),并对制得的薄膜表面形貌、硬度、电阻等进行了测试.结果表明,脉冲磁过滤阴极电弧法制备的ta-C膜有优良的性能.拉曼光谱分析显示,制得的薄膜为非晶结构,有明显的sp3结构特征,符合ta-C膜的特征峰.     

硼掺杂四面体非晶碳薄膜的光学特性研究

采用过滤阴极真空电弧技术制备了不同硼含量的掺杂四面体非晶碳薄膜(ta-C:B)。使用椭偏仪和紫外-可见光分度计测试了薄膜的折射率、消光系数、透过率和反射率。结果表明,硼含量小于2.13%时,硼含量增加,薄膜折射率缓慢增大;消光系数基本保持不变。当硼含量继续增加到3.51%和6.04%时,折射率分别迅速增加至2.65和2.71,相应的消光系数增大至0.092和0.154;而薄膜的光学带隙从2.29eV缓慢减小至1.97eV,后又迅速降至1.27eV。同时ta-C:B膜的透过率逐渐减小,反射率逐渐增大,表明硼的掺入降低了薄膜的透光性能。ta-C:B膜光学性能的变化,除了与sp3杂化碳的含量有关外,还取决于薄膜中sp2杂化碳的空间分布特点。     

磁过滤电弧离子镀TiN薄膜的制备及性能研究

采用磁过滤电弧离子镀(MFAIP)方法在高速钢表面制备了Ti N薄膜,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪,显微硬度计和划痕仪等方法研究了偏压和磁过滤电流对Ti N薄膜的形貌、沉积速率、组织结构和力学性能的影响。结果表明:MFAIP-Ti N薄膜膜层均匀,表面质量好,膜与基体结合紧密。随着偏压和磁过滤电流的增加,Ti N的(111)晶面择优取向越来越弱,(311)和(222)晶面的择优取向逐渐增强。当偏压为-150 V,磁过滤电流为4.5 A时,表现出较大的沉积速率,最大的显微硬度测试值和最大的膜/基结合力。