含鈦非晶碳薄膜的制備、組織結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、本文分別采用脈沖激光沉積、磁控濺射和非平衡磁控濺射方法制備了含鈦非晶碳薄膜和納米多層膜,研究探索了薄膜組織結(jié)構(gòu)和機械性能的變化規(guī)律與內(nèi)在機理。
　　 1)采用脈沖激光沉積制備了a-C薄膜和a-C/Ti納米多層膜,正交設(shè)計優(yōu)化了工藝參數(shù),并研究了a-C薄膜的組織結(jié)構(gòu)和機械性能之間的相互關(guān)系。激光通量增大使a-C薄膜中sp3碳含量提高、內(nèi)應(yīng)力增大、硬度增加。薄膜厚度和內(nèi)應(yīng)力影響結(jié)合力,翹曲和剝落的薄膜中應(yīng)力釋放,促進(jìn)結(jié)構(gòu)弛豫,導(dǎo)致s

2、p3碳含量減少和硬度劇減。激光通量越大,該變化越劇烈。
　　 研究了a-C/Ti納米多層膜的組織結(jié)構(gòu)和機械性能。納米多層結(jié)構(gòu)減小了薄膜的內(nèi)應(yīng)力、提高了界面結(jié)合力。多層膜中碳和鈦呈非晶結(jié)構(gòu),sp3碳含量和硬度高于結(jié)構(gòu)弛豫的a-C薄膜(相同的激光通量).鈦—碳梯度過渡層結(jié)構(gòu)增強了薄膜與基體的界面結(jié)合力。lTi=2.1～4.1nm的a-C/Ti納米多層膜具有良好的減摩耐磨性。
　　 2)采用磁控濺射沉積了a-C/TiN納米多層

3、膜。A-C/TiN納米多層膜的硬度隨周期厚度的減小(或界面的數(shù)量增加)而減小。A-C/TiN納米多層膜的磨損率高于TiN薄膜,并隨周期厚度增大而持續(xù)升高。結(jié)合在W/NbN超晶格薄膜中發(fā)現(xiàn)的耐磨性因界面而削弱的現(xiàn)象,認(rèn)為a-C/TiN界面的弱剪切抗力是導(dǎo)致納米多層膜耐磨性降低的主要因素。
　　 設(shè)計了lC=10nm、lTi=0.6～10nm和lTi=lC=20nm的a-C/Ti納米多層膜,其中l(wèi)Ti≥3nm起具有層狀結(jié)構(gòu)。A-C/

4、Ti納米多層膜的顯微組織為Ti溶入a-C基相中,形成納米簇狀結(jié)構(gòu),導(dǎo)致sp3碳含量和硬度降低。納米多層膜的內(nèi)應(yīng)力隨lTi增大而持續(xù)下降,并在lTi=10nm時最小,界面結(jié)合力的變化則相反。lTi=1.5nm的a-C/Ti納米多層膜(納米復(fù)合結(jié)構(gòu))在不同載荷、滑動速率下均有優(yōu)異的減摩耐磨性能。
　　 3)采用非平衡磁控濺射制備含0～15.2at.％Ti、厚度1.5μm的a-C薄膜。其中純a-C薄膜的硬度達(dá)50.2GPa,sp3碳含

5、量35.1％,內(nèi)應(yīng)力-3.4GPa。Ti摻雜改變a-C薄膜的組織結(jié)構(gòu),a-C薄膜的sp3碳含量、內(nèi)應(yīng)力和硬度隨著鈦含量增加而持續(xù)下降。
　　 純a-C和Ti含量不高于3.1at.％的a-C薄膜在Hanks’溶液中有良好的耐電化學(xué)腐蝕性能,但含15.2at.％Ti的a-C薄膜存在裂縫腐蝕。含鈦非晶碳薄膜在干摩擦和Hanks’溶液潤滑條件下的摩擦系數(shù)分別為0.11～0.14和0.04～0.078,均隨著鈦含量的增加而上升。在Hank