偏压对类石墨非晶碳膜结构和机械性能的影响

采用高功率脉冲磁控溅射法在Si和高速钢基底上制备类石墨(Graphite-like carbon,GLC)非晶碳膜,研究了基底偏压对薄膜微观结构、机械性能和摩擦学性能的影响.结果表明:随着基底偏压的增大,GLC薄膜sp2键含量先减小后增大,在基底偏压为-100 V时达到最小值;薄膜的硬度和弹性模量先增大后减小,表面粗糙度先减小后增大;GLC薄膜的摩擦学性能与其机械性能和表面粗糙度密切相关,在基底偏压为-100 V时,薄膜的平均摩擦系数最小.

类石墨非晶碳膜的结构、制备、表征及改性

非晶碳是一种由sp2和sp3共同构成的无定型碳,按照杂化比例的多少可以分为类金刚石非晶碳和类石墨非晶碳。类石墨非晶碳膜是近年来发现的一种新型碳材料,其制备方法比较独特、与类金刚石碳膜有明显的区别,具有摩擦系数小、磨损率低、硬度适中、导电性好等优点,因而在机械和电子领域具有广阔的应用前景,然而目前关于类石墨非晶碳膜的报道较少。本文详细介绍了类石墨碳膜的结构和制备方法、并对其检测手段和改性研究进行了综述和介绍,为广大科研工作者提供了指导。

掺铬类石墨碳膜的显微组织与摩擦性能

采用非平衡磁控溅射离子镀技术在不同衬底上制备了不同铬含量的掺铬类石墨非晶碳膜;用X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和拉曼光谱仪等分析了碳膜的成分、表面形貌、显微组织和碳键结构;通过销-盘摩擦试验机测试了碳膜在干摩擦及不同润滑条件下的摩擦因数。结果表明:适量掺铬碳膜可保持纯碳膜均一、无结晶的显微组织;掺铬对碳膜中碳元素的价键结构产生了重要影响,随着铬含量的增大,sp^2碳原子在碳膜中的含量先增大后减小,使得掺铬碳膜的sp^2碳含量比纯碳膜的更高;适量掺铬能有效降低碳膜的摩擦因数,而掺铬碳膜的摩擦因数随着铬含量增大的变化趋势与碳膜的碳键结构变化明显相关。

金属过渡层类型对非晶碳膜结构性能的影响

采用直流磁控溅射技术制备不同金属过渡层(Cr,Ti,W)的类石墨非晶碳膜(GLC),研究过渡层类型对非晶碳膜微结构的影响,并考察其在人工海水中摩擦性能的变化。研究结果表明:Cr/GLC薄膜sp2杂化键含量最高,沿GLC表面到铬碳界面方向,sp2杂化键含量逐渐增大,Ti过渡层和W过渡层的sp2杂化键含量变化不明显。Cr/GLC薄膜较高的sp2杂化键含量有助于其在摩擦过程中产生可以充当润滑相的石墨化转化摩擦转移膜。在三种涂层中,Cr/GLC薄膜表现出最高的腐蚀电位–0.16 V和最低的腐蚀电流密度4.42?10–9 A/cm2。因此相较于Ti,W作过渡层的GLC薄膜,Cr/GLC薄膜在海水环境下表现出优异的摩擦学特性。