TiC/DLC多层膜的制备及组织形态

本文采用非平衡磁控溅射沉积技术,以甲烷气体为碳源,99.99%Ti为靶材制备了TiC/DLC多层膜。利用X射线衍射仪、电子显微镜、俄歇电子能谱仪和拉曼光谱仪等对TiC/DLC多层膜的组织、结构、形态及成分进行了分析。结果表明:Ti与C结合生成TiC晶相,过渡层中TiC相呈柱状晶生长,多层膜中的TiC分层以岛状模式生长,DLC分层以层状模式生长,TiC/DLC膜层中含有金刚石成分。TiC/DLC的多层结构受沉积参数的影响,当分层的沉积时间少于1 min时,很难获得清晰的层状结构薄膜,膜中Ti的含量随Ti靶电流的增加而增加;过渡层的引入,提高了膜与基体的结合力,并且过渡层的厚度增加,TiC/DLC膜层同基体之间的结合力增强。

磁控溅射TiC/a-C薄膜的结构和摩擦学性能研究

采用磁控溅射法制备不同碳含量的碳化钛薄膜。采用SEM、XRD及HR-TEM等手段分析了TiC/a-C薄膜的微观组织结构,采用摩擦磨损仪和台阶仪研究了薄膜的摩擦学性能。研究结果表明,碳含量在40%～74%时,随碳含量的增加,薄膜结构由疏松变得致密,(111)择优取向逐渐转变为无明显择优取向生长。当碳含量为60%时,薄膜结构为TiC晶粒镶嵌在非晶碳基体中的纳米复合结构,此时薄膜的机械性能及耐磨性最佳。磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损,通过调节薄膜中非晶碳的含量及晶粒大小并增加薄膜的硬度可改善其摩擦学性能。

DLC,TiN薄膜的环境摩擦学特性研究

采用非平衡磁控溅射及电弧离子镀技术在304奥氏体不锈钢表面沉积了类金刚石(DLC)及TiN薄膜.用纳米压痕仪、表面粗糙度仪、扫描电镜等检测了薄膜的显微硬度、表面粗糙度及表面形貌.并用球—盘式摩擦磨损试验仪评价了不同介质(干摩擦、水润滑、油润滑)条件下薄膜的摩擦磨损性能.结果表明:在干摩擦及水润滑条件下,TiN,DLC两种薄膜均明显改善了基体的耐磨性和润滑性,DLC薄膜性能更佳.但相对于干摩擦,在水润滑条件下,DLC薄膜的摩擦系数反而有所升高,这主要源于H2O与O2在摩擦过程中参与反应,降低了薄膜的力学性能和化学惰性从而增加了粘着效应.在油润滑条件下,DLC,TiN薄膜与基体摩擦系数相近甚至略高,薄膜的沉积虽然有利于基体耐磨性能的提高,但并不能改善基体的润滑特性.

非平衡磁控溅射沉积TiC/a-C多层膜的组织结构

本文采用非平衡磁控溅射沉积技术,分别以石墨和甲烷气体为碳源,制备TiC/a-C多层膜。利用X-射线衍射仪、透射电子显微镜、俄歇电子能谱仪和拉曼光谱仪等实验手段对所沉积的TiC/a-C多层膜的组织形态、结构及成份进行了分析。结果表明:所制备的两种TiC/a-C薄膜中,TiC的晶粒呈柱状生长;用溅射石墨靶方法获得的TiC/a-C薄膜,无明显的层状结构,a-C相为石墨化和非石墨化的碳原子构成,碳原子的有序化程度较大;而采用甲烷气体为碳源沉积的TiC/a-C薄膜,呈规则的分层结构,碳原子的有序化程度低。采用过渡层及添加适当的金属元素能改善膜/基的结合强度。

反应溅射TiC薄膜的微结构及力学性能

采用反应磁控溅射法在不同的甲烷分压下制备了一系列的TiC薄膜 ,利用XRD和TEM表征了薄膜的相组成和微结构 ,用力学探针测量了薄膜的硬度和弹性模量 ,并利用AFM观察了薄膜的生长形貌和压痕形貌 ,研究了甲烷分压对薄膜相组成、微结构和力学性能的影响。结果表明 ,甲烷分压对薄膜的相组成、微结构和力学性能均有明显的影响 :低的甲烷分压下 ,制备的薄膜样品中有钛相的存在 ,薄膜的硬度和弹性模量较低 ;甲烷分压提高 0 .0 2～0 .0 4Pa左右 ,薄膜内形成晶粒细小的单相TiC ,并获得最高的硬度 ( 3 0 .9GPa)和弹性模量 ( 3 43GPa) ;进一步提高甲烷分压 ,薄膜呈现非晶态 。

偏压对高功率脉冲磁控溅射DLC膜层结构及性能的影响

采用高功率脉冲磁控溅射技术制备DLC膜层,研究了偏压的变化对膜层结构及主要力学性能的影响.利用扫描电镜、原子力显微镜、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪、纳米压入仪、划痕仪和磨擦磨损试验仪分析检测了DLC膜结构与性能.结果表明:偏压的提高,有利于改善DLC膜的表面光洁度及致密性,DLC膜表面均方根粗糙度R q由不施加偏压时的5.39 nm降低至偏压为-350V的0.97 nm;致密性的提高使沉积速率略有下降,膜层厚度减小.偏压的增加,DLC膜内部sp 3含量先增加后减小趋势,在偏压为-250 V时,DLC膜中sp 3含量最高.偏压的增大,DLC膜的硬度、杨氏模量和摩擦磨损等主要力学性能均呈先增大后减小的趋势,并在偏压为-250 V时达到最高值,与微观结构变化趋势相吻合.

掺铬类石墨薄膜摩擦学性能研究

采用非平衡磁控溅射离子镀技术，以电流控制方式在高速钢和硅基底上制备了不同Cr含量的C／Cr类石墨薄膜，测量了类石墨膜的显微硬度、膜基结合强度、摩擦系数和比磨损率，分析了薄膜的相结构，观察了薄膜的表面和断面形貌。结果表明：所制备的类石墨薄膜随Cr含量的增高，硬度逐渐降低，结合强度先增后降，摩擦系数和比磨损率则先降后升；类石墨膜是含有多种纳米晶的非晶结构；金属元素Cr含量影响了类石墨碳膜的表面形貌和组织结构。当Cr含量在0．5％～2．5％时，薄膜表面光滑而结构致密，摩擦系数小且比磨损率低，膜基结合强度高，具有良好减摩耐磨性能。

辅助气体压强比例对中频脉冲非平衡磁控溅射沉积类金刚石薄膜结构与性能的影响

以高纯石墨为靶材、氩气(Ar)和甲烷(CH4)为辅助气体,利用中频脉冲非平衡磁控溅射技术在不同气体压强比例下制备了类金刚石薄膜,采用原子力显微镜、拉曼光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪、纳米压痕测试仪对所制备薄膜的表面形貌、微观结构、机械性能进行了分析。结果表明:当Ar气压强比例由17%增加到50%时,类金刚石薄膜的RMS表面粗糙度、sp3杂化键含量、纳米硬度、弹性模量随Ar气压强比例的增加而增加,当Ar气压强比例由50%增加到86%时,薄膜的RMS表面粗糙度、sp3杂化键含量、纳米硬度、弹性模量随Ar气压强比例的增加而减小。以上结果说明辅助气体压强比例对类金刚石薄膜的表面形貌、微观结构、机械性能有较大的影响。

GCr15钢领基体磁控溅射类金刚石薄膜的工艺

为了提高钢领表面耐磨性,采用中频非平衡磁控溅射法在经热处理的GCr15钢领上制备了类金刚石(DLC)薄膜,并对不同磁控溅射功率、负偏压下制备的DLC薄膜进行了组织结构分析和摩擦磨损性能测试。结果表明:随着溅射功率、负偏压增加,DLC薄膜的Raman谱G峰位置和ID/IG值均整体上呈增加趋势,sp3键含量减少,石墨化程度增加;负偏压恒定为100 V时功率为8 k W以及功率恒定为5 k W时负偏压120 V,制备的DLC薄膜具有较小的摩擦系数和稳定的抗磨损性能。

不同掺氮量的类金刚石薄膜的微观结构及其性能研究

采用激光拉曼光谱、轮廓仪、色差仪、微纳米力学综合测试系统、摩擦磨损试验机等设备,对霍尔等离子体源辅助中频非平衡磁控溅射制备的不同掺氮量的类金刚石薄膜的微观结构及其宏观性能进行了研究。结果表明,随着氩气/氮气流量比的增加,薄膜中的sp^3含量出现极大值,极大值两侧对应着不同的微观机制。同时,薄膜的沉积速率逐渐降低,硬度与弹性模量呈现出先增大后减小。薄膜的颜色主要是黑色并随着氮气含量的增加薄膜反射率在红光波段增强。

打底层对铝合金表面GLC镀层组织和摩擦学特性的影响

采用非平衡磁控溅射离子镀技术在铝合金表面分别制备了以Cr和Al为打底层,Cr-C和A1-Cr-C为过渡层的Cr/Cr C/类石墨碳(GLC)和Al/Al-Cr-C/GLC复合镀层,并与无打底层制备GLC镀层对比,系统研究了不同镀层微观结构、膜基结合力及摩擦学性能,结果表明,铝合金基体表面Cr打底层呈柱状晶生长,Cr/C过渡层无柱状晶特征,且随过渡层增厚,富Cr区域减少,实现了成分的梯度变化:A1打底层与铝合金基体间为一个整体,没有明显界面;Al Cr-C过渡层的成分也呈梯度变化;采用不同打底层和过渡层时.GLC层均为非晶态结构.较无打底层制备GLC镀层,Cr/Cr-C/GLC和Al/Al-Cr-C/GLC复合镀层与铝合金基底间的膜基结合力显著增强,以Al为打底层的复合镀层的失效临界载荷最大.磨损实验中,在不同载荷条件下2种复合镀层均具有低的摩擦系数.