類金剛石膜(diamond-like carbon films,簡稱DLC膜)因其高硬度、高化學穩(wěn)定性、良好的摩擦磨損性能而得到廣泛應用。DLC膜中摻入W元素可以有效提高薄膜的硬度與耐磨性,改善DLC膜的綜合摩擦磨損性能本文利用離子束沉積+磁控濺射制備摻鎢DLC膜,通過改變鎢靶濺射電流獲得了不同W含量的摻鎢DLC膜,探討了W含量對DLC膜結構及性能的影響,并對W含量及摩擦條件與摻鎢DLC膜摩擦磨損性能的關系進行了研究。結果表明: (1)利用離子束沉積+磁控濺射技術制備的摻鎢DLC膜表面存在尺寸為幾百nm的顆粒及凹坑等缺陷。隨著濺射電流的升高,DLC膜中W含量先緩慢增加;但當濺射電流大于3.5A后,W含量隨著濺射電流的增加而快速增加。隨著W含量的增加,sp3-C含量先明顯降低,當W含量增加到3.08at%后,W含量的繼續(xù)增加對DLC中sp3-C含量影響不大;W含量不低于10.73at%的DLC膜中含有WC,且WC含量隨著DLC膜的W含量增加而增加。 (2)隨著W含量的增加,DLC膜的納米硬度與彈性模量先逐漸降低;當W含量超過3.08at%后,DLC膜的納米硬度與彈性模量隨著W含量的增加而增加。膜/基結合力在鎢含量為3.08at%時出現(xiàn)了極大值。摻雜適量的W元素可以改善DLC膜的韌性。 (3)在干摩擦條件下,W含量低于10.73at%的DLC膜摩擦系數(shù)隨著載荷的增加先逐漸升高,然后保持一穩(wěn)定值;W含量不低于24.09at%的DLC膜在高載荷時具有較低的摩擦系數(shù)。除了W含量為27.66at%的DLC膜,在載荷從0.98N增加到4.9N的過程中,磨損率在1.96N時表現(xiàn)出最低值;W含量為27.66at%的DLC膜磨損率隨著載荷的增加明顯增加。對于未摻雜DLC膜和鎢含量為27.66at%的DLC膜,滑動速率對其摩擦系數(shù)影響不大;當W含量為1.66~24.09at%時,低的滑動速度有利于DLC膜獲得低的摩擦系數(shù)。滑動速率對鎢含量低于24.09at%的DLC膜磨損率影響不大;W含量為27.66at%的DLC膜磨損率隨著載荷的增加明顯增加。 (4)在PAO潤滑條件下, DLC膜的磨擦系數(shù)隨著W含量的增加有所降低;當W含量低于10.73at%時,W含量對DLC膜磨損率的影響不明顯,但繼續(xù)增加W含量會導致DLC膜磨損率的顯著增大。在MoDTC潤滑作用下,W含量對摩擦系數(shù)的影響較小;當W含量低于24.09at%時,DLC膜磨損率隨著W含量增加先降低后增加。在ZDDP潤滑作用下,DLC膜的磨擦系數(shù)隨著W含量的增加逐漸降低;摻雜W元素會顯著降低DLC膜的磨損率,但W含量的影響不大。在T307潤滑條件下,W含量為3.08at%和24.09at%的DLC膜摩擦系數(shù)較低;對于W含量低于24.09at%的DLC膜,W含量為1.66at%時具有最高的磨損率。
【學位單位】：中國地質大學（北京）
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2010
【中圖分類】：TB383.2;TH117.1
【部分圖文】：

1-1 碳原子 sp3、sp2和 sp1雜化軌道空間分布示意圖（J. Robertson, 200C 膜是一種亞穩(wěn)態(tài)的非晶碳 DLC 膜，碳原子間主要以 sp2和 sp3。由于同時含有類似于金剛石的 sp3雜化形式和類似于石墨的可表現(xiàn)出介于金剛石和石墨之間的性質。sp2束的π電子決定 學性能，sp3價態(tài)則決定了 DLC 膜的力學性能，而 sp2/sp3的含量有關，同時對 DLC 膜的性能產(chǎn)生很大的影響（J. RobertsoC 膜基本上可分為兩類：含氫的非晶態(tài)碳（a-C:H）和不含氫的前者又可分為類聚合物的非晶態(tài)碳（polymer-like carbon, 簡稱碳（diamond-like carbon, 簡稱 DLC）、類石墨碳（graphite-like c三種。Jacob 和 Moller 利用三元相圖形象地表示了各種非晶碳如圖 1-2 所示。該圖不僅反映了 DLC 膜的 sp2和 sp3混雜特征表示了幾種碳氫化合物之間具體的差別。sp3sp2sp1

sp3、sp2和 sp1雜化軌道空間分布示意圖（J. R亞穩(wěn)態(tài)的非晶碳 DLC 膜，碳原子間主要以含有類似于金剛石的 sp3雜化形式和類于金剛石和石墨之間的性質。sp2束的πp3價態(tài)則決定了 DLC 膜的力學性能，而同時對 DLC 膜的性能產(chǎn)生很大的影響（可分為兩類：含氫的非晶態(tài)碳（a-C:H）為類聚合物的非晶態(tài)碳（polymer-like nd-like carbon, 簡稱 DLC）、類石墨碳（grob 和 Moller 利用三元相圖形象地表示了示。該圖不僅反映了 DLC 膜的 sp2和 s碳氫化合物之間具體的差別。sp3

J. Robertson, 1992）在研究 DLC 膜電學特性的構模型（Two Phase）。該模型認為：DLC 膜結鑲嵌在 sp3雜化的基體中。在無氫 DLC 膜中（可能的 sp3相組成，形成連續(xù)團簇的邊界；在是多數(shù)的 sp3雜化相，它可能是硬質含氫 DL能是軟質類聚合物含氫 DLC 膜中的碳氫原子決定作用。ps 和 Thorp 提出了完全約束網(wǎng)絡模型（Fully Cngus（Angus. J. C, 1988; Angus. J. C, 1991）等如圖 1-3 所示，該模型認為：碳原子之間在充機械自由度為零，網(wǎng)絡是完全約束的，簡言之械自由度時，該隨機共價網(wǎng)絡是完全約束的。
【參考文獻】

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1 代明江,林松盛,侯惠君,朱霞高,李洪武,況敏;用離子源技術制備類金剛石膜研究[J];中國表面工程;2005年05期

2 付志強;王成彪;杜秀軍;王偉;鄔蘇東;于翔;彭志堅;林松盛;代明江;;靶電流對摻鎢類金剛石膜的結構與摩擦學行為的影響[J];材料工程;2009年S1期

3 李振軍,徐洮,李紅軒,郝俊英,周惠娣,陳建敏;類金剛石薄膜的摩擦學特性及磨損機制研究進展[J];材料科學與工程學報;2004年05期

4 侯惠君;李洪武;林松盛;朱霞高;林凱生;代明江;;摻鎢類金剛石膜的制備與性能研究[J];廣東有色金屬學報;2006年03期

5 楊義勇;彭志堅;付志強;鄔蘇東;陳新春;王成彪;;多組分緩沖層W梯度摻雜DLC復合薄膜研究[J];金屬學報;2010年01期

6 李劉合,夏立芳,張海泉,張彥華,周志敏;類金剛石碳膜的摩擦學特性及其研究進展[J];摩擦學學報;2001年01期

7 閻興斌,徐洮,楊生榮,薛群基;電化學沉積DLC薄膜的摩擦學性能研究[J];摩擦學學報;2003年03期

8 李紅軒,徐洮,陳建敏,周惠娣,劉惠文;直流射頻等離子體增強化學氣相沉積類金剛石碳薄膜的結構及摩擦學性能研究[J];摩擦學學報;2004年01期

9 張俊彥;;薄膜/涂層的摩擦學設計及其研究進展[J];摩擦學學報;2006年04期

10 張偉;張紓;田中章浩;徐濱士;;類金剛石多層膜在不同環(huán)境下的摩擦磨損行為研究[J];摩擦學學報;2006年06期

本文編號：2856667