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ta-C涂层具有许多能和金刚石相媲美的卓越性能,例如良好的化学稳定性、较高的硬度和优异的抗磨损性能,良好的生物力学性能和生物相容性。ta-C涂层与高速钢基体间热膨胀系数相差1个数量级,在高速钢上直接沉积ta-C涂层,硬度和弹性模量以及膨胀系数的巨大差异,会导致涂层与基体界面之间产生很高的内应力,膜基结合强度很差。为了提高ta-C膜层与高速钢基体的膜基结合强度通常在ta-C膜层与基体之间沉积打底层和过渡层,实现硬度、弹性模量和膨胀系数等物理性能的梯度变化。本文通过改变线圈电流、直流电弧电流、工作气压、平均脉冲电流等实验参数研究石墨阴极弧放电特性。本文设计基体/Cr/CrC/ta-C梯度膜层结构来沉积ta-C涂层,利用真空阴极电弧离子镀技术在M2高速钢和单晶Si片上制备了ta-C涂层,并研究了不同参数下涂层组织形貌、相结构的变化及机理以及工艺参数的改变对涂层膜基结合强度、摩擦磨损性能、硬度的影响。放电测试结果表明,工艺参数对石墨阴极弧放电特性有很大影响。基体电流随电弧电流增加而增大,电弧电压几乎保持不变;基体电流随着线圈电流的增加而增大,电弧电压也不断增加;基体电流随着Ar气气压的增大先增大后减小,电弧电压几乎保持不变;基体电流变化波形与脉冲电流波形相似,电弧电压在脉冲部分明显增大。ta-C涂层结构分析表明,沉积时间超过30min时,ta-C涂层开始脱落,ID/IG值随着时间延长不断增大,sp3键含量不断降低。线圈电流增大对试样轰击作用加强,ID/IG值总体趋势增大。ID/IG值随电弧电流增加先减小后增大,60A时sp3键含量最高。ta-C涂层性能分析表明,随时间延长膜基结合强度逐渐下降,50min的涂层表面出现褶皱现象。线圈电流增大,膜基结合强度想降低后升高。电弧电流增大,膜基结合强度下降,但都在HF2级别以上。电流相等时,脉冲电流的膜基结合强度明显低于直流。线圈系列纳米硬度最大的为0.1A,硬度为33.5GPa。脉冲系列纳米硬度最大的为脉冲平均电流80A,硬度为45GPa。硬度和石墨化是影响摩擦系数的两大因素。