碳基薄膜的摩擦學(xué)性能及應(yīng)用研究.pdf

1、本文利用中頻磁控濺射和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在硅片和不同金屬表面上制備了一系列的類金剛石薄膜。研究了工藝參數(shù)與薄膜結(jié)構(gòu)和性能之間的相關(guān)性，并考察了薄膜在不同測(cè)試條件下的摩擦學(xué)性能，主要的研究成果如下:
　　 (1)利用中頻磁控濺射沉積技術(shù)通過改變鎳靶電流在單晶硅表面上制備了不同鎳含量的摻鎳類金剛石薄膜，并考察了鎳含量對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明:鎳元素的摻雜，能大幅降低薄膜的殘余應(yīng)力和提高薄膜與基底之間的結(jié)合力。當(dāng)鎳

2、含量比較低時(shí)，薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，但其機(jī)械性能卻隨著鎳含量的增高而降低。
　　 (2)利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在316L不銹鋼表面上制各了類金剛石薄膜，并考察了前驅(qū)氣體流量比和沉積氣壓對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能和摩擦學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:前驅(qū)氣體流量比和沉積氣壓對(duì)所制備薄膜的結(jié)構(gòu)和性能有著顯著的影響。當(dāng)CH4和H2流量比為20∶10的時(shí)候，所制備的薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能和摩擦學(xué)性能，薄膜的硬度和摩擦系數(shù)分別為25

3、GPa和0.044;當(dāng)沉積氣壓為15Pa時(shí)，所制備的薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能，薄膜的硬度為18.4GPa，當(dāng)沉積氣壓為31Pa時(shí)，所制備的薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，摩擦系數(shù)為0.035。
　　 (3)利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在316L不銹鋼表面上制備了類金剛石薄膜，并考察了薄膜在不同測(cè)試環(huán)境下的摩擦學(xué)性能。結(jié)果表明:隨著載荷的增大，薄膜在空氣中的摩擦系數(shù)逐漸減小，在水環(huán)境中的摩擦系數(shù)逐漸增大，在柴油環(huán)境中的摩擦系數(shù)先增

4、大后減小。而隨著滑動(dòng)速度的增大，薄膜在空氣、水和柴油環(huán)境中的摩擦系數(shù)都逐漸減小，且在空氣中的摩擦系數(shù)最大，柴油環(huán)境中的摩擦系數(shù)最小。
　　 (4)利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在鈦合金和316L不銹鋼表面上制備了類金剛石薄膜，并考察了薄膜在不同潤(rùn)滑條件下的摩擦學(xué)性能。結(jié)果表明:在316L不銹鋼表面上所制備的薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械和摩擦學(xué)性能，表明了基底的材質(zhì)對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)和性能有著顯著的影響。通過對(duì)薄膜在空氣、合成機(jī)油和水環(huán)境中的