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类金刚石(DLC)膜由于具有高硬度、低摩擦系数、耐磨性能好、热传导率高等一系列优越的综合性能,近年来引起了科学界的极大兴趣,特别是在钢上镀DLC膜,具有更大的现实与潜在的价值,可应用在诸如钻头、齿轮、轴承、模具、冲头、医疗器械等领域。其中,薄膜与基底的结合力是DLC膜应用的先决条件。一般厚度小于1μm的离子镀DLC膜具有良好的膜基结合强度,但是当膜层厚度大于1μm时,首先要解决的是膜和基底的附着力问题。
到目前为止,DLC膜的制备方法已有许多种,包括物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两大类。尽管有许多沉积DLC膜的方法,但是不同方法制备的DLC膜的性能不同。脉冲真空电弧离子镀是目前国内外受到高度重视的新型镀膜方法,研究表明它具有设备简单、绕射性好、沉积速率高、沉积面积大、镀层性能稳定的优点。采用脉冲真空电弧离子镀技术制备的DLC膜,其机械性能较好。本文的研究工作就是利用脉冲真空电弧离子镀在3Cr13不锈钢基底上成功制备一定厚度的DLC薄膜,采用Ti,TiN过渡层来改善薄膜与基底的结合性能,研究了DLC薄膜的结构,表面形貌和力学性能等。利用X射线光电子能谱技术分析DLC薄膜中s,键及sp2键含量。采用显微硬度计测试了薄膜的显微硬度,利用扫描电镜测试了膜的表面形貌,划痕仪测试了薄膜与不锈钢基底的结合强度,测试不同工艺下DLC膜的摩擦系数,分析载荷对薄膜摩擦的影响。同时还比较了非平衡磁控溅射和脉冲真空电弧离子镀沉积DLC膜的机械性能。
试验结果表明:所镀制的类金刚石薄膜品质优良;类金刚石中sp3的含量高达70.85﹪;膜厚均匀,具有良好的表面形貌;Ti,TiN过渡层的引入明显的改善了膜与不锈钢之间的结合强度。