退火温度对DLC和Si-DLC涂层微观结构和摩擦学性能的影响

类金刚石(DLC)涂层因具有优异的减磨耐摩性能被广泛应用,而涂层内部存在较高的内应力这一缺点限制其在摩擦学领域的进一步应用。退火处理可以通过改变涂层微观结构来降低涂层内应力,从而提高涂层的摩擦学性能。为研究退火温度对DLC和硅掺杂类金刚石(Si-DLC)涂层微观结构和摩擦学性能的影响,采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和电弧离子镀的复合沉积技术制备DLC和Si-DLC涂层,将涂层在大气环境中进行不同温度的退火处理。运用扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜、拉曼光谱以及XPS光谱仪对涂层摩擦试验前后的形貌和结构进行表征,采用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测试涂层的力学性能和摩擦学性能。结果表明:沉积的DLC和Si-DLC涂层为非晶结构。退火温度对涂层的微观结构和摩擦学性能有重要影响。随着退火温度从RT上升到500℃,由于C-H键断裂,C网发生集束化,DLC涂层的sp^(3)含量呈现先上升后降低的趋势,涂层的sp^(3)含量在300℃热处理后获得最大值,涂层硬度达到最大的20.66 GPa;而Si-DLC涂层由于Si元素的掺杂提高了涂层的热稳定性,其在400℃热处理时sp^(3)含量最大,硬度最大值为24.28 GPa。涂层与氧化锆对磨球的磨损机理为磨粒磨损,涂层的磨损率呈现先降低后升高的趋势,热处理温度为300和400℃为最优。研究证明涂层的微观结构和摩擦学性能可以通过热处理温度调控,优选热处理温度的涂层具有优异的综合性能。研究结果可为退火处理对DLC和Si-DLC涂层的性能影响提供理论支持。