Cr靶功率密度对类石墨碳膜组织结构及热稳定性的影响

摘要

机械零部件的精密化发展，导致传统的在摩擦副之间形成油膜来减少摩擦的作用很难实现。由此提出在精密工件表面制备一层摩擦系数低且耐磨性高的类石墨碳膜，来达到工件的减磨延寿作用。依据真空腔内气体放电状态由辉光演变为弧光时，镀料粒子的脱靶机制将由溅射脱靶转变为热发射脱靶这一等离子体知识，增大沉积类石墨碳膜的Cr靶功率密度，采用SEM、TEM、XRD、XPS、Raman及纳米压入、划痕仪、摩擦磨损机等仪器研究Cr靶功率密度对类石墨碳膜的组织结构和性能的影响规律，并探讨类石墨碳膜在退火处理之后结构和性能的相应变化。
　　结果表明：随着Cr靶功率密度的增大，类石墨碳膜的沉积速率随之增大（最大沉积速率为8.76nm/min），但是过快的薄膜生长亦引起了薄膜结构的疏松；沉积能量的逐渐增大引起不稳定的sp3键逐渐向稳定的sp2键转化，类石墨碳膜的sp2键呈现逐渐增大，而sp3键先增大后减小的现象；当Cr靶功率密度为0.33W/cm2时，薄膜中sp2含量与有序度出现最佳，此时薄膜的内应力得到有效释放，且薄膜的硬度和弹性模量都最强。sp2键的增多引起薄膜表面扩散能力的增强，导致薄膜表面粗糙度的增大，薄膜的粗糙度、硬度及弹性模量影响了薄膜的摩擦系数，因此当Cr靶功率密度为0.33W/cm2时，薄膜的摩擦系数最低为0.1且耐磨性最强。增大摩擦过程的加载载荷会更易于摩擦转移膜的生成，引起薄膜摩擦系数的相应降低。退火处理引起元素运动和迁移扩散能力的增强，表现为薄膜的厚度增加以及致密性的降低，由此导致薄膜硬度和弹性模量的降低。伴随发生的扩散层增厚，导致退火之后薄膜的膜基结合力明显增强。Cr靶功率密度0W/cm2下沉积所得薄膜在进行退火处理之后的摩擦学性能优于Cr靶功率密度0.33W/cm2下沉积所得薄膜。

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1 绪论

1.1引言

1.2 类石墨非晶碳膜

1.3 微弧离子镀

1.4 研究内容

1.5 技术路线

2 实验设备及实验方法

2.1 实验设备及材料

2.2 实验方案及参数

2.3 薄膜检测表征方法

3 Cr靶功率密度对掺Cr类石墨碳膜的组织结构和性能的影响

3.1引言

3.2 Cr靶功率密度对掺Cr类石墨碳膜厚度和沉积速率的影响

3.3 Cr靶功率密度对掺Cr类石墨碳膜微观结构的影响

3.4 Cr靶功率密度对薄膜成分和价键结构的影响

3.5 Cr 靶功率密度对掺Cr类石墨碳膜的表面粗糙度的影响

3.6 Cr靶功率密度对掺Cr类石墨碳膜膜基结合强度的影响

3.7 Cr靶功率密度对掺Cr类石墨碳膜硬度和弹性模量的影响

3.8 Cr靶功率密度对掺Cr类石墨碳膜内应力的影响

3.9 Cr靶功率密度对掺Cr类石墨碳膜摩擦磨损性的影响

3.10 本章小结

4 退火温度对类石墨碳膜组织结构和性能的影响

4.1 引言

4.2 退火温度对薄膜厚度的影响

4.3 退火温度对薄膜微观结构的影响

4.4退火温度对薄膜成分和价键结构的影响

4.5 退火温度对薄膜表面形貌和粗糙度的影响

4.6 退火温度对薄膜相组成的影响

4.7 退火温度对薄膜膜基结合力的影响

4.8 退火温度对薄膜硬度和弹性模量的影响

4.9 退火温度对薄膜内应力的影响

4.10 退火温度对薄膜摩擦磨损性的影响

4.11 本章小结

5 结论

致谢

参考文献