DLC膜在不同金屬基材上的摩擦特性及其沉積系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

1、針對DLC薄膜在精密零部件中的應(yīng)用，研究了在常溫條件下沉積高界面強(qiáng)度的DLC薄膜的技術(shù)，以提高DLC膜與金屬基材之間的界面結(jié)合強(qiáng)度。在本研究中，DLC薄膜通過自制的RF-DC雙電源CVD鍍膜設(shè)備制備，并研究了其沉積在不同金屬基材上所表現(xiàn)出的摩擦特性。該鍍膜設(shè)備為一個帶有高低真空測量裝置及其輔助裝置的超高真空系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，為能使0.2m3的真空室在30min內(nèi)達(dá)到極限真空1×10-7Pa，采用了抽速為1600L/S復(fù)合分子泵與抽速為5

2、50L/S鈦升華泵并聯(lián)作為主泵，抽速為30L/S的旋片式機(jī)械泵串聯(lián)復(fù)合分子泵作為前級泵的抽氣系統(tǒng)。自真空室出口至復(fù)合分子泵入口段的總流導(dǎo)為853L/S。在常溫條件下，通過PECVD法制備中間層的反應(yīng)氣體為(CH3)4Si與H2，制備DLC薄膜的反應(yīng)氣體為C2H2與H2。通過在DLC薄膜與基材之間沉積一層a-Si∶H過渡膜，研究了其與基材Ti、Ti-6A1-4V、S45C、SKH51之間的結(jié)合強(qiáng)度，并分析了復(fù)合膜的破壞機(jī)理。在Ball-o

3、n-Disk摩擦試驗機(jī)上，測定了摩擦系數(shù)、局部磨損面積以及磨損深度，并評價了其摩擦特性。實驗結(jié)果表明:在常溫條件下，將DLC膜直接沉積在金屬基材上，膜基之間的粘著性是非常弱的，并在基材與薄膜之間出現(xiàn)了明顯的裂紋;通過施加a-Si∶H中間過渡層，界面處的結(jié)合強(qiáng)度得到明顯改善，在摩擦實驗中，DLC膜被完全磨損，未發(fā)生剝離現(xiàn)象;摩擦系數(shù)與摩擦副的材質(zhì)有關(guān)，一般情況下，摩擦系數(shù)在0.1～0.15之間，且采用金屬材料摩擦副時的摩擦系數(shù)比陶瓷材料的

4、稍高。在實驗過程中，將SUJ2球、Si3N4球、SUS304球與SiC球作為摩擦副時，摩擦系數(shù)在Si3N4球時最低，約0.1;本文也研究了膜厚對界面結(jié)合強(qiáng)度的影響，采用直流等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法沉積4h，獲得較厚的DLC膜，實驗表明，沉積薄膜的最大厚度不超過3.3μm，當(dāng)摩擦循環(huán)量達(dá)到70萬周時，磨損厚度約為1μm，表明厚膜化處理的DLC膜的摩擦阻抗與薄DLC膜相同，但隨著膜厚的增加，膜內(nèi)的殘余應(yīng)力也增加，對于厚膜擁有更高的界面結(jié)合