齒輪表面碳化硼薄膜的制備及性能研究.pdf

1、碳化硼薄膜具有硬度高、耐磨性好和摩擦系數(shù)低等特點(diǎn)，是一種很有潛力的齒輪表面防護(hù)材料，有望成為一種新型固體潤(rùn)滑薄膜，在表面工程領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的應(yīng)用前景。磁控濺射沉積技術(shù)是一種常見(jiàn)的物理氣相沉積方法，因其操作工藝簡(jiǎn)單、沉積薄膜速度較快、基底材料溫度較低、制備的薄膜結(jié)合強(qiáng)度較好、薄膜的結(jié)構(gòu)致密而均勻、內(nèi)應(yīng)力低等一系列優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于薄膜材料的制備。
　　本文采用閉合場(chǎng)非平衡直流磁控濺射技術(shù)，通過(guò)調(diào)整基底負(fù)偏壓、石墨靶電流和碳化硼靶電流等

2、工藝參數(shù)，在38CrMoAl齒輪鋼表面制備碳化硼薄膜，并利用SEM(Scanning electron microscope,掃描電子顯微鏡)、TEM(Transmission electron microscopy,透射電子顯微鏡)、AFM(Atomic force microscopy,原子力顯微鏡)、XPS(X-ray photoelectron spectroscopy,X射線光電子能譜)、XRD(X-ray diffracti

3、on,X射線衍射)、Raman(Raman spectroscopy,拉曼光譜)、納米壓入儀和摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等對(duì)碳化硼薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能和摩擦學(xué)性能進(jìn)行研究，探索出了具有良好機(jī)械性能和優(yōu)異摩擦學(xué)性能非晶碳化硼薄膜的制備工藝，并對(duì)最佳工藝參數(shù)制備的非晶碳基碳化硼薄膜同目前已經(jīng)大量投入市場(chǎng)應(yīng)用的商業(yè)化生產(chǎn)的類金剛石薄膜進(jìn)行了對(duì)比研究。
　　本研究表明：⑴基底負(fù)偏壓對(duì)碳化硼薄膜的機(jī)械性能影響很大，隨著偏壓的增大，薄膜的顯微硬度、彈

4、性模量、膜基結(jié)合力出現(xiàn)先增加后降低的規(guī)律，薄膜內(nèi)應(yīng)力則是先減小后增大的；而基底負(fù)偏壓對(duì)碳化硼薄膜的摩擦學(xué)性能影響不大。⑵共濺射碳化硼靶材和石墨靶材能夠顯著增加薄膜的厚度，優(yōu)化碳化硼薄膜的結(jié)構(gòu)和性能，尤其能夠提高其摩擦學(xué)性能。⑶碳靶電流為3.5A，碳化硼靶電流為0.5A時(shí)制備的BCx/a-C薄膜呈柱狀結(jié)構(gòu)，微觀結(jié)構(gòu)致密且為非晶態(tài)，并且具有良好的機(jī)械性能和優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，其膜基結(jié)合力、顯微硬度和彈性模量分別可達(dá)60N、15.7GPa和19