非平衡磁控溅射类金刚石碳膜的性能

用非平衡磁控溅射的方法在室温下制备了光滑、均匀、致密的类金刚石(DLC)薄膜,分析和研究了DLC膜的形貌、结构和摩擦特性.结果表明,靶工作电流对DLC膜的沉积有重要的影响.随着工作电流的增大,薄膜的沉积速率增大,薄膜中sp3键的含量增加.薄膜的摩擦系数随着工作电流的增加略有增大,在摩擦的初始阶段,摩擦系数较高,随着摩擦循环次数的增加,摩擦系数逐渐减小,并逐渐趋于稳定.     

不锈钢表面沉积DLC膜的结构和性能

应用线性离子束复合磁控溅射技术在不锈钢和硅片基体上制备DLC膜,研究了基体偏压和过渡层的厚度和结构对DLC薄膜结构和性能的影响。结果表明,在过渡层相同偏压为-200 V的条件下,薄膜中的sp3键含量更低,但是薄膜结构致密性的提高使其硬度和膜基结合力反而提高;在偏压为-200V的条件下,随着过渡层厚度及层数的增加DLC薄膜中sp3含量均降低,同时过渡层和多层薄膜的硬度减小;在偏压为-100V条件下,过渡层厚度和层数对DLC薄膜sp3的含量没有明显的影响。当过渡层厚度为1.7μm、结构为Cr/CrC时,在11Cr17不锈钢基体上可制备出厚度为4.92μm、硬度为29.4 GPa、摩擦系数小于0.1、结合力高于70 N综合性能最佳的DLC薄膜。     

NiTi合金生物医用材料表面镀类金刚石薄膜的性能研究

用脉冲电弧离子镀技术在NiTi合金生物材料表面沉积了类金刚石(DLC)薄膜.研究分析结果表明制备的DLC薄膜是四面体非晶碳薄膜;随着DLC薄膜厚度的增加,薄膜的表面粗糙度增加,薄膜中sp3的含量减少;随着sp3含量的增加,薄膜的纳米硬度升高;划痕实验表明临界载荷大于0.9 N.研究得出与NiTi合金相比,DLC薄膜能够有效地降低摩擦系数和磨损.DLC薄膜的摩擦系数主要与薄膜的硬度及薄膜中sp3的含量有关,DLC薄膜的磨损主要是轻微的磨粒磨损及疲劳磨损.     

摩擦条件对掺钨DLC膜摩擦磨损性能的影响

本研究利用SEM、AES、XRD、Raman谱仪、纳米压痕仪、划痕仪和球-盘磨损实验机对掺钨DLC膜的微观结构和摩擦学性能进行了研究,结果表明:掺钨DLC膜光滑致密,具有纳米晶碳化钨和非晶碳组成的复相结构;其硬度和弹性模量为19-23GPa和200-228GPa,膜/基结合力好;摩擦系数随着载荷的增加略有增加,转速对摩擦系数的影响较小;当载荷大于1.96N时,磨损率随着载荷增加急剧增大,磨损率随着转速的增加存在一个极小值;DLC膜的磨损主要是由基体塑性变形引起的梯度掺钨DLC膜内部不同亚层之间的剥离和DLC膜的断裂引起的。     

基片温度对强流脉冲离子束烧蚀等离子体沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用强流脉冲离子束 (High intensitypulsedionbeam HIPIB)烧蚀等离子体技术在Si(1 0 0 )基体上沉积类金刚石 (Dia mond likecarbon DLC)薄膜 ,基片温度的变化范围从 2 5℃ (室温 )到 40 0℃。利用Raman谱、X射线光电子谱 (XPS)、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜 (AFM)研究基片温度对DLC薄膜的化学结合状态、表面粗糙度、薄膜显微硬度和薄膜内应力的影响。根据XPS和Raman谱分析得出 ,基片温度低于 30 0℃时 ,sp3C杂化键的含量大约在 40 %左右 ;从 30 0℃开始发生sp3C向sp2 C的石墨化转变。随着沉积薄膜时基片温度的提高 ,DLC薄膜中sp3C的含量降低 ,由 2 5℃时 42 .5 %降到 40 0℃时 8.1 % ,XRD和AFM分析得出 ,随着基片温度的增加 ,DLC薄膜的表面粗糙度增大 ,薄膜的纳米显微硬度降低 ,摩擦系数提高 ,内应力降低。基片温度为 1 0 0℃时沉积的DLC薄膜的综合性能最好 ,纳米显微硬度 2 2GPa ,表面粗糙度为 0 75nm ,摩擦系数为 0 .1 1 0。     

含钨类金刚石薄膜的制备与性能研究

为了满足制备较厚低摩擦系数类金刚石薄膜（DLC）耐磨镀层的实际需求，对在等离子增强化学气相沉积的类金刚石薄膜（W—DLC）中掺钨进行了系统研究。研究结果表明，类金刚石薄膜掺入钨，在较宽的工艺条件范围内，都可以沉积厚度超过5μm的薄膜而不发生剥落。适当控制工艺条件和膜中钨的含量可以提高薄膜的硬度，降低磨损率，且保持低的摩擦系数和较高的沉积速率。     

钛离子注入类金刚石碳膜的结构与性能的研究

使用金属离子注入的方法制备了 Ti掺杂的DLC膜。采用原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌,Ti掺杂后 DLC 膜的表面粗糙度明显减小,表面光洁度增加,颗粒细化。拉曼光谱分析表明实验获得的薄膜是典型的DLC膜,掺杂Ti后的 DLC膜的拉曼光谱存在明显的肩峰,DLC膜化学结构中的sp2 组分增加,sp3 组分减少。透射电子显微镜分析表明Ti注入后有TiC纳米晶形成。掺入Ti的 DLC膜的硬度从 14GPa增加到 20GPa。Ti 掺杂后的 DLC 膜的摩擦系数(0.15)明显低于未掺杂的DLC膜的摩擦系数(0.21),Ti离子注入有助于提高薄膜的抗磨损性。     

基片温度对强流脉冲离子束烧蚀等离子体沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用强流脉冲离子柬(High-intensity pulsed ion beam-HIPIB)烧蚀等离子体技术在Si(100)基体上沉积类金刚石(Diamond-like carbon-DLC)薄膜，基片温度的变化范围从25℃(室温)到400℃。利用Raman谱、X射线光电子谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究基片温度对DLC薄膜的化学结合状态、表面粗糙度、薄膜显微硬度和薄膜内应力的影响。根据XPS和Raman谱分析得出，基片温度低于300℃时，sp3C杂化键的含量大约在40％左右；从300℃开始发生sp3C向sp2C的石墨化转变。随着沉积薄膜时基片温度的提高，DLC薄膜中sp3C的含量降低，由25℃时42．5％降到400℃时8．1％，XRD和AFM分析得出，随着基片温度的增加，DLC薄膜的表面粗糙度增大，薄膜的纳米显微硬度降低，摩擦系数提高，内应力降低。基片温度为100℃时沉积的DLC薄膜的综合性能最好，纳米显微硬度22GPa，表面粗糙度为0．75nm，摩擦系数为0．110。     

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。     

工作气体对含氢DLC涂层热稳定性及力学性能的影响

为了揭示工作气体对DLC涂层的影响及为DLC在高温下的应用提供参考,通过通过控制工作气体中乙炔含量(C2H2/Ar流量比= 100 ∶0、75∶25、50∶50),采用等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)技术在304不锈钢基体上制备不同含氢量类金刚石薄膜(a-C:H);采用红外退火装置对样品进行了恒温退火处理,使用球-盘式摩擦仪测试了它们的摩擦曲线,并使用显微硬度仪测量了各种处理状态下的显微硬度;使用差热分析仪、拉曼光谱、红外光谱、场发射扫描电镜等分析表征了薄膜的组织结构.研究结果表明:工作气体中乙炔的含量影响DLC涂层的表面形貌和生长速度.随着工作气体中乙炔含量降低,涂层表面趋于光滑平整;DLC生长厚度随工作气体中乙炔含量的减少间呈非线性关系减薄.3组涂层中,75％乙炔制备的涂层sp3含量最低,但直到高于490℃时退火其ID/IG才开始迅速增加;且从制备态到各种退火态其硬度均高于乙炔含量为100％和50％的工作气体制备的DLC涂层.在相同的压力下,不同C2H2/Ar流量比的类金刚石薄膜的摩擦系数并没有明显的变化,在低温度退火之后的摩擦系数也没有明显的规律,只是在较高温度(490℃)以上,薄膜因为受到高温作用而加速了 sp3到sp2的转变从而生成了大量石墨相,导致摩擦系数的下降.     

多弧离子镀制备TiN/TiAlN多层薄膜性能研究

采用多弧离子镀技术选取钛靶电流分别为60A、70A、80A和基体偏压分别为-240V、-300V、-360V在高速钢基体上制备Ti N/Ti Al N多层薄膜。使用划痕仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机和马弗炉对膜层的膜基结合力、显微硬度、摩擦磨损性能和热震性能进行检测。结果表明:在钛靶电流为70A和基体偏压为-240V时膜基结合力最高,同时显微硬度也较高;在基体偏压为-300V的条件下,钛靶电流为70A时的摩擦系数最小,其耐磨性能良好;基体偏压为-240V时的抗热震性能良好。     

类金刚石碳膜的结构特性与耐磨性能

采用双离子束增强沉积（IBED）和离子束直接沉积（IBD）技术，在CHn 能量为200~550eV和3～25keV范围内沉积的类金刚石薄膜具有光滑平坦的表面和非晶结构。X光电子谱和Raman光谱分析、以及显微硬度测量的结果表明，随着轰击离子能量的降低，薄膜的金刚石特性增强；在200～550eV能量范围内制备的DLC膜具有明显的sp3键特征和很高的显微硬度。沉积在GCr15钢上的DLC膜与GCr15钢的摩擦学对比实验表明，DLC膜具有很低的摩擦系数、比磨损率和高的抗磨损指数，这证明采用上述两种方法制备的DLC膜具有优良的抗摩擦磨损性能。     

基体温度对中频脉冲非平衡磁控溅射技术沉积类金刚石薄膜结构与性能的影响

利用中频脉冲非平衡磁控溅射技术在不同的基体温度下制备了类金刚石(DLC)薄膜,采用Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)、纳米压痕测试仪、椭偏仪对所制备DLC薄膜的微观结构、机械性能、光学性能进行了分析。Raman光谱和XPS结果表明,当基体温度由50℃增加到100℃时,DLC薄膜中的sp3杂化键的含量随基体温度的升高而增加,当基体温度超过100℃时,DLC薄膜中的sp3杂化键的含量随基体温度的升高而减少。纳米压痕测试表明,DLC薄膜的纳米硬度随基体温度的增加先增加而后减小,基体温度为100℃时制备的薄膜的纳米硬度最大。椭偏仪测试表明,类金刚石薄膜的折射率同样随基体温度的增加先增加而后减小,基体温度为100℃时制备的薄膜的折射率最大。以上结果说明基体温度对DLC薄膜中的sp3杂化键的含量有很大的影响,DLC薄膜的纳米硬度、折射率随薄膜中的sp3杂化键的含量的变化而变化。     

电压对中频脉冲非平衡磁控溅射类金刚石薄膜结构与性能的影响

制备参数对类金刚石(DLC)薄膜的性能和结构有显著影响。利用中频脉冲非平衡磁控溅射新技术制备了DLC薄膜,采用Raman光谱、X射线光电子能谱仪、纳米压痕仪、光谱型椭偏仪研究了溅射电压对DLC薄膜微观结构、力学性能和光学性能的影响。结果表明:当溅射电压由550 V增加到750 V时,DLC薄膜中sp3杂化碳含量随溅射电压的增加而增加,当溅射电压超过750 V时,薄膜中sp3杂化碳含量随溅射电压的增加而减少;DLC薄膜的纳米硬度、折射率均随溅射电压的增加先增加而后减小,溅射电压为750 V时制备薄膜的纳米硬度及折射率最大。     

类金刚石薄膜对轴承钢表面机械性能和滚动接触疲劳寿命的影响

使用等离子体浸没离子注入与沉积(PIII&D)技术在轴承钢基体表面合成类金刚石(DLC)薄膜,研究了薄膜的结构和性能,结果表明,所制备的DLC薄膜主要是由金刚石键(sp3)和石墨键(sp2)组成的混合无定形碳,且sp3键含量大于10%,DLC膜层致密均匀,与基体结合良好,DLC膜具有很高的硬度和杨氏模量,分别达到40 GPa和430 GPa;其最低摩擦系数由基体的0.87下降到0.2,被处理薄膜试件在90%置信区间下的L10、L50、La和平均寿命L较基体分别延长了10.1倍、4.2倍、3.5倍和3.4倍,PIII&D轴承钢滚动接触疲劳寿命的分散性得到了显著改善.     

射频磁控溅射制备类金刚石薄膜的特性

采用射频磁控溅射技术,用高纯石墨靶在单晶硅片、抛光不锈钢片上制备了类金刚石薄膜(DLC)。采用Raman光谱、原子力显微镜、显微硬度分析仪,表征了类金刚石薄膜的微观结构、表面形貌、硬度。结果表明,制备的类金刚石薄膜中含sp2、sp3杂化碳键,具有典型的类金刚石结构特征。计算表明,对应sp3杂化碳原子含量的ID1IG为3.18;薄膜的表面十分平整光滑,表面粗糙度极低,平均粗糙度Ra为0.17 nm;薄膜硬度可以高达30.8 GPa。     

铝基复合材料表面多层复合厚膜的研究

对含50%AlN颗粒的铝基复合材料进行预处理后,在其表面依次采用浸锌化学镀镍工艺制备Ni-P过渡层,采用脉冲偏压磁过滤多弧离子镀工艺沉积硬质Ti/TiN调制周期膜,采用脉冲等离子体化学气相沉积工艺制备含氢类金刚石(DLC)膜等工艺最后形成了多层复合薄膜体系。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、光谱仪、原子力显微镜、微载荷显微硬度仪、摩擦磨损试验机等设备分析了复合薄膜的组织结构、膜层形貌、截面形貌、显微硬度和摩擦系数等性能特点。测试表明:铝基复合材料/Ni-P层/Ti/TiN调制周期膜/含氢DLC膜这一梯度膜系具有结构交替变化,相邻界面形成混合层,性能梯度分布,硬度逐渐增加,摩擦系数小的特点。该复合工艺能够有效地解决铝基复合材料上制备硬质厚膜的热适配和晶格错配度大的难题,制备薄膜具有良好的膜基结合性能。     

中频磁控溅射沉积DLC/TiAlN复合薄膜的结构与性能研究

采用中频非平衡磁控溅射沉积工艺,并施加霍尔离子源辅助沉积,在高速钢W18Cr4V及单晶硅基体上制备了梯度过渡的DIE/TiAlN复合薄膜.利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、显微硬度计、摩擦磨损仪等分析检测仪器对DLC/TiAlN复合薄膜的表面形貌、晶体结构、显微硬度、耐磨性等性能进行了检测分析.实验及分析结果表明:DLC/TrAlN薄膜平均膜厚为1.1μm,由于薄膜中的Al含量较多,使得复合薄膜的表面比DLC薄膜的表面要粗糙一些;通过对复合薄膜表层的XPS分析可知,ID/IG为2.63.由XPS深层剖析可知,DLC/TiAlN薄膜表层结构与DLC薄膜基本相同,里层则与TiAlN薄膜相似.在梯度过渡膜中,复合膜层之间的界面呈现为渐变过程,结合的非常好.DLC/TiAlN薄膜的显微硬度为2030 HV左右.与DLC薄膜显微硬度接近,低于TiAlN薄膜的显微硬度.但是DLC/TiAlN薄膜的耐磨性要好于TiAlN薄膜和DLC薄膜;DLC/TiAlN薄膜的耐腐蚀性能略好于DLC薄膜.     

脉冲真空弧源沉积类金刚石薄膜耐磨特性研究

本文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,研究在不同基体偏压下,DLC薄膜的结构与性能.采用拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)研究DLC薄膜的原子结合状态,利用CSEM销盘摩擦磨损试验机研究其耐磨性,利用HXD1000B显微硬度仪测试其显微硬度,并采用压痕法评价其结合力.研究结果表明:DLC薄膜与基体结合牢固.随着基体偏压的提高,DLC薄膜内sp3键含量增大,薄膜硬度提高.Cr17Ni14Cu4不锈钢表面沉积DLC薄膜后,耐磨性大幅度提高,本文探讨了DLC薄膜的耐磨机理.     

硫化温度对硫化钨薄膜摩擦性能的影响

采用硫化法以3Cr13马氏体不锈钢为基片制备硫化钨薄膜,研究了硫化温度对薄膜性能的影响.结果表明,硫化温度对硫化钨薄膜的表面形貌和结晶率有明显影响,但对膜层的化学成分影响不大,薄膜能够有效改善不锈钢基体的摩擦学性能.随着硫化温度的升高,摩擦系数降低,测试环境和测试条件对薄膜的摩擦系数也有一定影响.