Cr掺杂对GLC薄膜结构及其摩擦学性能的影响

采用磁控溅射方法制备类石墨碳膜(GLC)及掺杂金属Cr的类石墨碳膜(GLC-Cr),利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压痕仪等测试技术对比分析两薄膜样品的结构及机械性能,利用UMT-3多功能摩擦磨损试验机考察其在大气、去离子水、发动机油3种环境下的摩擦学性能.结果表明:本实验参数下制备的类石墨碳膜中,Cr的掺杂促使了类石墨碳膜中sp2杂化键的形成,降低了GLC薄膜的硬度及弹性模量,但在3种不同环境下均使得类石墨碳膜的摩擦学性能得到明显改善.其中水介质的存在可明显降低类石墨碳膜的摩擦系数,而油润滑介质虽未使得其摩擦系数明显降低,但其摩擦曲线波动性及磨损率均最小.

金属掺杂高硬度类石墨薄膜结构及其摩擦学性能研究

利用磁控溅射技术制备了不同金属(Ti、Cr、Zr)掺杂类石墨(graph ite-like carbon,GLC)薄膜,考察了金属掺杂对薄膜结构及其在不同环境下摩擦学性能的影响.结果表明:Ti、Cr、Zr掺杂促使GLC膜中sp2结构增加,但过快的金属共沉积速率易使薄膜出现柱状生长取向而变得疏松粗糙;高硬GLC膜在大气及水环境中具有良好的环境自适应减摩抗磨作用,适当的金属掺杂可以提高GLC膜硬度并降低其干摩擦系数,但会使其水环境中摩擦系数升高;致密度和硬度对GLC膜耐磨性至关重要,致密而硬的膜层磨损轻微.

Cr靶电流对Cr改性类石墨薄膜摩擦磨损性能的影响

采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备,在不同Cr靶电流参数下制备Cr改性类石墨薄膜,测试了薄膜的硬度、结合强度、摩擦系数和比磨损率,采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察薄膜的显微结构.结果表明:改变Cr靶电流不仅能够改变薄膜的化学成分,而且能够改变薄膜的显微结构;随着Cr靶电流增加,薄膜的断口出现纤维状结构,并逐渐发展为柱状结构;Cr的加入使得类石墨薄膜形成周期性层状结构;在干摩擦条件下,随着Cr靶的电流增加,GLC膜的摩擦系数先减小而后增大;当载荷较小时,薄膜的比磨损率随Cr靶电流的增加而增大,载荷较大时薄膜的比磨损率变化不大.化学成分和显微结构的变化引起GLC膜硬度和韧性的变化,从而改变了薄膜的摩擦磨损性能.

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。

乙炔气改性类石墨涂层结构和性能研究

利用非平衡磁控溅射设备,在溅射制备类石墨碳膜(GLC)时,通入C_2H_2气体引入化学气相沉积(CVD)制备改性GLC。使用划痕仪,显微硬度计,摩擦磨损机,X射线衍射和X射线光电子能谱,对改性GLC进行性能和结构分析,并且和溅射GLC进行了对比。结果发现:添加C_2H_2后的碳膜,非晶结构没有发生变化,但是膜内sp^3键含量增加。改性GLC碳膜硬度有所增加,具有良好的结合强度,碳膜硬度和摩擦性能得到提高。