镁合金表面制备硅掺杂类金刚石膜的性能研究

将无铬化学转化新工艺与射频等离子化学气相沉积(PECVD)技术相结合,先在镁合金表面生成一层多孔结构、附着力高的化学转化膜作为过渡层,再采用PECVD技术低温沉积一层硅掺杂类金刚石(Si-DLC)薄膜复合涂层。扫描电子显微镜和拉曼光谱图分析证实,获得的薄膜由sp2和sp3键杂化的碳硅氢化合物呈层状堆积而成,薄膜均匀、平整致密;制备的薄膜为典型的类金刚石结构。原子力显微镜直观地观察到,掺杂硅的类金刚石薄膜比未掺杂的平整致密。当硅含量达到20%时,得到的DLC薄膜最为平整致密,无铬化学转化膜层均被含硅的DLC薄膜覆盖。性能测试实验表明,将化学转化膜作为中间过渡层并采用PECVD沉积含硅的DLC薄膜明显提高了镁合金基体与其的结合强度,同时也大幅度提高了镁合金的耐磨、耐高温和耐蚀性。

硅掺杂类金刚石薄膜表面性能研究

本文使用原子力显微镜考察了硅掺杂类金刚石薄膜的表面形貌及粗糙度,同时分析了薄膜表面的粘附力和微观摩擦力学性能。实验表明,随着基底负偏压的增加,薄膜的表面粗糙度值逐渐减小;摩擦力和外加载荷成线性关系,且粘附力是微小载荷下影响固体滑动摩擦力的主要因素,并采用最佳拟合直线的斜率表征出样品的摩擦系数的大小。

硅掺杂类金刚石薄膜微米尺度摩擦性能研究

采用微米级别的AFM球头探针对硅掺杂类金刚石薄膜进行了摩擦实验。研究了微米尺度下,外加载荷和扫描速率对薄膜摩擦性能的影响。考虑粘附的影响,提出了适用于微观低载荷接触摩擦力表征的修正Amonton公式。分析了摩擦系数与表面形貌粗糙峰之间的关系,根据薄膜表面粗糙峰的分布,建立了微米尺度下球头探针与薄膜表面粗糙峰的等效接触模型,并推导出了摩擦力f关于载荷参数(p)和形貌参数()的函数表达式f(p,),表明单位面积接触粗糙峰密度对摩擦力大小起着主导作用。所建接触模型成功解释了摩擦实验现象产生的原因。

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。

不同湿度条件下N、Si共掺杂DLC膜的摩擦学性能研究

采用射频化学气相法沉积了氮、硅共掺杂类金刚石碳膜(N-Si-DLC).用X射线光电子能谱仪、拉曼光谱仪、表面形貌仪及扫描电子显微镜等对薄膜结构进行了表征,用球-盘往复摩擦试验机考察了不同湿度(RH为15%,45%和75%)空气中薄膜与316L不锈钢球配副的摩擦学性能.结果表明:与Si-DLC相比,N-Si-DLC膜内sp^2C成分含量较高,N主要以C=N、C≡N、Si-N键形式存在于膜内;膜的内应力低,硬度和杨氏模量较低;含N量少的N-Si-DLC膜显示出更低的摩擦与磨损,其摩擦学性能对湿度的变化表现出较低的敏感性.

B_(4)C&H-DLC薄膜在过氧化氢溶液中的摩擦学行为研究

采用闭合场非平衡磁控溅射技术在316L不锈钢表面沉积硼、氢掺杂类金刚石碳(B_(4)C&H-DLC)薄膜,利用扫描电镜(SEM)、Raman、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压痕和线性往复摩擦试验机等系统分析了B_(4)C&H-DLC薄膜的结构、力学性能及过氧化氢水溶液中与不同对偶球的摩擦学行为.结果表明:B_(4)C&H-DLC薄膜在过氧化氢环境中与Al_(2)O_(3)球相对摩擦时,有严重的磨粒磨损行为,摩擦系数与磨损率较高.此外,B_(4)C&H-DLC薄膜在过氧化氢环境中与Si_(3)N_(4)和SiC球相对摩擦时发生了复杂的摩擦化学反应,形成了硅胶和硼酸的摩擦化学产物,发挥了减摩抗磨作用[磨损率较低分别为0.8×10^(-7)和1.0×10^(-7)mm^(3)/(N·m)].因此,本研究为碳基薄膜在氧化条件下摩擦副的合理设计和应用提供了试验依据,同时也为保护在苛刻环境工作的机械部件提供了1种可行方法.

光学薄膜材料及器件

O484.4 97042538氧化镁膜=MgO layer[刊,中]/贾正根(南京电子器件研究所.江苏,南京(210016))//光电子技术.—1996,16(1).—24-29介绍溅射和丝网印刷法制造的MgO膜的特点以及工艺参数对膜特性的影响。图9表4参5(严寒)O484.4 97042539乙烯对纳米硅碳薄膜晶化的影响=Effect of etheneon the crystallzation of nanocrystalline