过渡层对TC4钛合金基类金刚石多层薄膜磨损特性的影响

在钛合金(TC4)表面制备类金刚石(DLC)薄膜是提高其耐磨损性能和使用寿命的一种有效方法。本文采用磁过滤阴极弧源技术在钛合金表面上制备软硬相间的类金刚石多层薄膜、Ti和Ti/TiC过渡层组成的类金刚石多层薄膜。利用光学显微镜和扫描电镜分析多层膜表面外观形态,并使用台阶仪、纳米压痕仪、摩擦实验机等分析多层膜的残余应力、纳米硬度、膜基结合力和摩擦磨损特性。研究结果表明:DLC多层薄膜的残余应力均低于单层DLC薄膜,残余应力从12.63 GPa降低到6.21 GPa,增加Ti/TiC过渡层的DLC多层薄膜的残余应力最小。压痕结合力研究结果表明,加入Ti/TiC过渡层的DLC多层薄膜的结合状况得到了显著提高。Ti/TiC过渡层构成的类金刚石多层薄膜,有较大的硬度和良好减摩耐磨性能。试验结果将为TC4钛合金基体上制备硬质耐磨损DLC多层薄膜提供技术方案和理论依据。

C／C多层类金刚石薄膜的热稳定性研究

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术,通过改变基体偏压,在单晶Si片和0Cr19Ni9基体表面制备了C/C多层类金刚石薄膜。为了考察多层膜的热稳定性,对薄膜进行了300℃及400℃退火处理,采用X射线光电子能谱、硬度实验及摩擦磨损性能测试分析了退火对薄膜结构及性能的影响。结果表明在400℃范围内多层膜具有较高的热稳定性。

Cr基过渡层对钛合金表面类金刚石薄膜摩擦学性能的影响

采用磁控溅射技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备Cr、Cr/Cr N和Cr/Cr N/Cr NC过渡层结构的类金刚石(DLC)薄膜。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪与原子力显微镜分析薄膜的结构和表面形貌,利用纳米压痕仪、薄膜内应力测试仪、划痕测试仪、摩擦试验机和二维轮廓仪研究薄膜的硬度、内应力、结合力和摩擦磨损性能。结果表明:随着Cr基梯度过渡层的引入,DLC薄膜的内应力逐渐下降,结合力逐渐上升。Cr/Cr N/Cr NC/DLC薄膜具有优异减摩抗磨性能,摩擦因数和磨损率低至0.09±0.02和(1.89±0.15)×10-7 mm3/N·m。试验结果对钛合金表面高性能DLC薄膜制备及应用具有一定的参考价值和指导意义。

SiC/DLC过渡层对类金刚石薄膜力学性能的影响

采用等离子体浸没离子注入及沉积技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备了类金刚石薄膜和含有SiC/DLC过渡层的类金刚石薄膜。采用拉曼光谱及扫描电子显微镜分析了薄膜的成分和结构,并利用超显微硬度计、薄膜结合力测试仪和往复式摩擦实验机研究了薄膜的硬度、韧性、膜/基结合力和耐磨性。研究结果表明,SiC/DLC过渡层可以提高钛合金(Ti6Al4V)表面类金刚石薄膜的韧性及膜/基结合力,与未制备过渡层的类金刚石薄膜相比,含有SiC/DLC过渡层的类金刚石薄膜的耐磨性明显提高。

掺氮类金刚石薄膜的电化学C-V研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积 (RF- PECVD)法携带 N2 或 NH3制备掺氮的类金刚石 (DL C∶ N)薄膜 ,对不同掺杂方法得到 DL C∶ N薄膜进行电化学 C- V测量 .I- V和 C- V曲线表明 ,不论是采用 N2 或是 NH3进行掺杂都得到 n型的 DL C薄膜 ,掺 NH3的样品载流子浓度能达到更高 .根据样品的电化学 C- V测量结果并结合 X射线光电子能谱 ,详细研究了 DL C∶ N薄膜载流子浓度的纵向分布 。

等离子体增强化学气相沉积法制备类金刚石薄膜研究综述

类金刚石薄膜由于其独特的物理化学特性,使得该薄膜在光学、电学、机械、医学、航空航天等领域得到了广泛应用。等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)制备类金刚石是近几十年兴起的新的制备类金刚石薄膜的方法,因其对沉积温度要求低,对基底友好,同时还具有沉积速率快和无转移生长的优势,获得了越来越多的研究者关注。详细介绍了类金刚石薄膜优异的特性,阐述了在等离子化学气相沉积条件下,不同沉积条件对沉积类金刚石薄膜结构特性的影响。衬底的选择直接影响着沉积类金刚石薄膜的性能,不同的衬底直接决定着生成类金刚石结构中sp^(3)相的数量和质量;沉积参数是最为常见的控制条件,对沉积薄膜的总体效果影响也是最大的,改变沉积参数,沉积薄膜的表面将会变得更加光滑致密;常用的掺杂元素是硅和氮,掺杂元素的引入往往是为了降低沉积薄膜的内应力,提高与衬底间的结合力,延长使用寿命等;由于很难直接在金属上沉积类金刚石薄膜,所以常通过制备复合层来改善沉积效果。最后对类金刚石薄膜的发展以及今后研究方向进行了展望。

不锈钢(3Cr13)镀类金刚石薄膜的研究

利用脉冲真空电弧离子镀技术在3Cr13不锈钢基底上制备类金刚石(DLC)薄膜,采用X射线光电子能谱技术分析DLC薄膜中sp3键及sp2键含量和组分.采用显微硬度计测试了薄膜的显微硬度,利用扫描电镜测试了膜的表面形貌.划痕仪测试了薄膜与不锈钢基底的结合强度.结果表明:所镀制的类金刚石薄膜品质优良,类金刚石中sp3键含量较高,sp3/sp2=1.63,具有良好的表面形貌,在不锈钢上沉积DLC膜后明显提高了不锈钢的硬度,Ti过渡层的引入明显的改善了膜与不锈钢之间的结合强度.

Ti掺杂及Ti应力缓和层对类金刚石薄膜附着力的影响

研究了Ti掺杂对磁控溅射类金刚石(DLC)薄膜附着力及硬度的影响,同时在Ti掺杂类金刚石(Ti-DLC)薄膜的基础上,通过引入Ti应力缓和层制备了Ti/Ti-DLC/Ti/Ti-DLC……软硬交替多层薄膜,研究了Ti应力缓和层对进一步提高薄膜附着力特性的作用。采用纳米划痕仪和显微硬度计分析测试了薄膜的附着力和硬度。研究表明,金属Ti的掺杂有利于DLC薄膜附着力特性的改善,但对硬度有一定的影响。Ti应力缓和层的导入进一步改善了Ti-DLC薄膜的附着力特性,使其达到或超过了TiN薄膜的水平,对于附着力的改善Ti应力缓和层存在最佳的厚度值。采用特殊的变周期多层结构设计即在应力集中的膜基界面附近采用较小的调制周期,薄膜顶层附近采用较大的调制周期不但可以保持足够的附着力,还可维持Ti-DLC薄膜原有的硬度。

过渡层类型对类金刚石薄膜性能的影响

采用电子回旋微波等离子体气相沉积和磁控溅射法相结合的方法,通过石墨靶材和金属钛靶在不锈钢和Al2O3陶瓷基片上沉积了具有不同过渡层的含钛的C薄膜,研究了不同薄膜与衬底的中间层类型对薄膜的表面形貌、硬度、摩擦磨损性能、表面能的影响。结果表明,导电基底更有助于成膜的致密性和均匀性,薄膜为衬底/Ti/TiN/TiCN/C结构时硬度最高。

类金刚石薄膜抗腐蚀疲劳性能的研究进展

类金刚石(DLC)薄膜是一种具有高耐磨性和高化学稳定性的薄膜材料,应用也越来越广泛。随着关键材料部件的服役环境越来越苛刻,关键部件的防护和可靠性面临新的挑战,近年来DLC的抗腐蚀性能越来越被重视。本文聚焦DLC的腐蚀和耐磨机理,归纳了DLC薄膜对合金表面腐蚀防护的研究热点,介绍了应用在材料表面的DLC不同制备方法,简述了单层DLC、多层DLC和掺杂型DLC的结构和防护机理。多层DLC具有很大的研究价值和广泛的应用前景。最后,对当前DLC薄膜对基材表面防护的发展趋势和挑战进行了展望。

C_(60)与金刚石薄膜成核关系的研究

采用热丝化学气相沉积法在覆盖C_(60)膜的硅基片上沉积金刚石膜，研究了金刚石膜的成核与生长。实验结果表明，金刚石的成核密度可达1×10~6cm^（-2），利用这种方法可实现衬底无损淀积金刚石膜。C_(60)之所以能够促进金刚石成核，我们认为主要与C_(60)分子本身独特的结构及H原子的激活作用有关。同时，高温下C_(60)分解后残留的石墨等碳碎片以及C原子与衬底Si反应生成的SiC都可作为金刚石的成核位。

Mo_2C过渡层对金刚石-碳膜场发射均匀性的影响

在经过不同特殊预处理的金属钼衬底上沉积了金刚石 -碳膜 ,分别用X射线衍射谱 (XRD)、拉曼光谱 (Raman)和扫描电子显微镜 (SEM)对样品进行了分析和测试 ,并研究了样品器件的场发射特性。结果发现在金属钼衬底和金刚石 -碳膜之间形成的Mo2 C过渡层与金刚石

Ti/Al过渡层对共掺杂类金刚石薄膜性能的影响

目的研究Ti/Al过渡层对不同溅射电流下的Ti/Al共掺杂DLC薄膜的成分、结构、机械性能和结合力的影响。方法采用线性离子束复合磁控溅射技术在316L基底上沉积含有Ti/Al过渡层的Ti/Al共掺杂DLC薄膜,利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、高分辨透射电镜(HRTEM)及共聚焦激光拉曼光谱仪分析了薄膜的界面形貌及键态结构。采用辉光放电光谱仪对样品成分进行深度分析,纳米压痕仪测量薄膜硬度及弹性模量,划痕测试系统测量膜基结合力,残余应力仪测量薄膜内应力。结果与未添加过渡层相比,添加Ti/Al过渡层对薄膜的结构和机械性能影响较小,且均在溅射电流为2.5 A时有最优的机械性能;然而,溅射电流为2.5 A时,添加过渡层使结合力从54.5 N提高到了67.2 N,提高了19%,残余应力从1.28 GPa降低到了0.25 GPa,降低了80%。结论 Ti/Al过渡层可缓解因DLC薄膜和基体的晶格匹配差异和膨胀系数不同而导致的高界面应力。在薄膜与基底界面,过渡层呈现典型柱状晶结构,可促进膜基界面间的机械互锁,显著改善薄膜与基体之间的结合力而不损伤其机械性能。

基于模糊C均值聚类算法的金刚石砂轮磨粒边缘检测

基于模糊 C 均值（FCM）聚类算法将金刚石砂轮表面检测数据划分成金刚石和结合剂两个类别，以数据的质心初始化聚类中心，用迭代的方法分别求出相应的最优聚类中心和隶属度矩阵，通过选取合适的隶属度阈值以及两个聚类中心的欧氏距离阈值来区分金刚石和结合剂，确定磨粒边缘。为验证方法的可行性，对多组数据进行检测，并用模拟的砂轮表面形貌对此方法进行了评定，评定结果与设定值误差不超过2.0%。

Si过渡层对氟化类金刚石薄膜附着特性的影响

研究了不锈钢基片上Si过渡层对F-DLC薄膜附着特性的影响.采用反应磁控溅射法,以Ar为源气体,在316L不锈钢基片制备了Si薄层,并在Si薄层上沉积了F-DLC薄膜,通过划痕实验测试了各个样品的膜/基结合强度.结果表明,引入Si过渡层可以明显增强氟化类金刚石薄膜和不锈钢基片之间的结合强度,在200 W下制备的Si过渡层上,F-DLC薄膜的结合强度最佳.根据薄膜表面形貌的扫描电镜观察、晶粒尺寸的分析以及薄膜键结构的红外光谱、拉曼光谱分析,F-DLC薄膜的结合强度与Si—C键等基团的形成、含量以及Si的键入方式有关.

Si过渡层对梯度影响类金刚石薄膜结合力的影响研究

实验利用双放电腔微波-ECR等离子体源设备,采用复合PVD(physical vapor deposition)和PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)的方法,先后在NiTi基体上沉积Si和Si/α-C∶H过渡层,然后制备类金刚石薄膜。Raman光谱和透射电镜表明制备的梯度薄膜是典型的类金刚石薄膜,划痕的测试结果表明,Si过渡层沉积时间影响着梯度类金刚石薄膜与NiTi合金基体之间的结合强度,当沉积时间在60min左右时可获得具有最好结合强度的梯度薄膜,而超过或低于这个时间值会导致膜基结合强度降低。

氮气对MPCVD法金刚石薄膜性能的影响

在CH4和H2的混合气体中，加入N2，并不断改变其含量，用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）设备制备了金刚石薄膜。利用扫描电镜观察薄膜的表面形貌，用X-ray衍射方法进行物相鉴定，用Raman光谱分析薄膜的纯度。结果表明：氮气含量不同，薄膜的沉积情况也不同，由于氮气含量的变化，薄膜沉积过程中形成一种纳米聚晶金刚石薄膜，本文从氮离子轰击和晶粒生长的角度分析了氮的添加对所制备的金刚石薄膜性能的影响。

中频对靶磁控溅射制备含铬类金刚石薄膜

利用新型中频对靶磁控溅射在硅和M2高速钢基体上沉积了一系列无氢含铬类金刚石膜。考察了类金刚石膜的表面形貌、显微结构、硬度、结合力和摩擦磨损性能。结果表明:合成的类金刚石薄膜具有优良的综合性能,硬度为30-46GPa、结合力Lc达50-65N、大气环境下摩擦系数约为0.1。

C_(60)膜上金刚石的成核与生长形貌研究

本文研究了HFCVD系统中覆盖有C60 膜的Si(10 0 )衬底上金刚石的成核与形貌特征。结果表明 ,C60 能大幅度提高金刚石成核密度 ;C60 氢化预处理能大幅度促进金刚石成核 ,但要合理控制CH4 的浓度和预处理时间 ;随衬底温度的升高 。

人造金刚石金属包覆膜内γ-(FeNi)(111)与Fe_3C(004)晶面上原子匹配关系与电子密度分析

用透射电子显微镜(TEM)检测了高温高压下铁基触媒合成金刚石外的金属薄膜,发现存在大量的合金相γ-(FeNi)与高碳相Fe3C,但未发现石墨与金刚石结构.γ-(FeNi)(111)晶面与Fe3C(004)晶面上的原子有对应匹配关系.应用余氏理论(EET)计算了γ-(FeNi)/Fe3C界面的共价电子分布,发现一级近似下两晶面的平均共价电子密度(简称电子密度)连续,符合程氏理论(TFDC)提出的“相邻晶面电子密度连续”的原子边界条件.分析认为,γ-(FeNi)与Fe3C分别是金属薄膜中形成金刚石的催化相和过渡相。