本文關(guān)鍵詞：摻鎢類金剛石薄膜的制備及高速鋼基體的應(yīng)用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文通過(guò)非平衡磁控濺射沉積技術(shù)在高速鋼的表面沉積摻鎢(W)類金剛石薄膜,研究了不同W靶功率、基體滲氮以及鉻(Cr)過(guò)渡層對(duì)類金剛石薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響,探討了摩擦副材料、載荷和濕度等因素對(duì)摻鎢類金剛石薄膜摩擦學(xué)特性的影響。利用XRD、拉曼光譜、臺(tái)階儀、納米壓痕儀和劃痕儀等方法檢測(cè)了薄膜的結(jié)構(gòu)、粗糙度、硬度和結(jié)合力等力學(xué)性能,通過(guò)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、SEM和EDS等手段研究了不同摩擦磨損條件下?lián)芥u類金剛石薄膜的摩擦磨損行為。在W靶功率為0 kW、0.1 kW和0.3 kW條件下,制備并研究了類金剛石薄膜的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和摩擦磨損行為。結(jié)果表明:W的摻雜可以在DLC薄膜中形成WC相,有效提高了類金剛石薄膜的顯微硬度和與基體的結(jié)合能力,同時(shí)降低摩擦系數(shù),改善薄膜的摩擦磨損性能。尤其,當(dāng)W靶功率為0.1 kW時(shí),少量W的摻入使薄膜獲得最佳的綜合力學(xué)性能。適宜的離子氮化工藝處理后,高速鋼基體表面生成硬度較高的CrN新相,從而影響了碳膜在鋼基體上的形核方式,明顯增加了DLC薄膜的沉積效率。由于CrN基底物相促使DLC薄膜中碳-氮和碳-碳強(qiáng)力共價(jià)鍵的形成,并且氮化后基體表層的壓應(yīng)力狀態(tài)使DLC薄膜與基體材料的硬度梯度減小,因此,適宜的離子氮化工藝顯著提高了DLC的膜-基結(jié)合力。然而,離子氮化后的鋼基體不利于sp3鍵的形成,或促使碳元素的結(jié)構(gòu)石墨化,因此,DLC薄膜的硬度由于離子氮化而有所下降。研究表明:相對(duì)于常規(guī)的通過(guò)引入Cr過(guò)渡層來(lái)提高膜-基結(jié)合力的方法,采用離子氮化對(duì)鋼基體材料前處理具有更加顯著的作用。選擇硬度不同的摩擦副材料發(fā)生摩擦?xí)r,基底不同表面處理的W-DLC薄膜呈現(xiàn)不同的摩擦磨損機(jī)理,包括粘著磨損、磨粒磨損,以及摩擦表面的疲勞和氧化。隨著摩擦副材料硬度的不斷增大,薄膜的摩擦系數(shù)逐漸降低,磨損率總體上也呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。濕度分別在30%和60%時(shí),薄膜的摩擦系數(shù)均隨載荷從10N增加到40N呈現(xiàn)出先增加后減小的規(guī)律,在載荷為30 N取得最小值;而磨損率均隨著載荷的增大而增加,且濕度為60%條件下薄膜的磨損率大于濕度為30%條件下的磨損率。磨屑的拉曼光譜結(jié)果顯示,摩擦過(guò)程導(dǎo)致薄膜發(fā)生石墨化轉(zhuǎn)變,而載荷和濕度對(duì)磨屑結(jié)構(gòu)的影響不大。
【關(guān)鍵詞】：摻鎢類金剛石薄膜 靶材功率 基體滲氮 摩擦磨損
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ163;TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 類金剛石薄膜的結(jié)構(gòu)、制備方法、性能及應(yīng)用10-14
• 1.1.1 DLC的結(jié)構(gòu)10-11
• 1.1.2 DLC薄膜的制備方法與生長(zhǎng)模式11-13
• 1.1.3 類金剛石的性能與應(yīng)用13-14
• 1.2 DLC薄膜基體滲氮處理14-16
• 1.3 類金剛石薄膜的摩擦磨損機(jī)理16-18
• 1.4 論文研究?jī)?nèi)容及意義18-20
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法20-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)設(shè)備20
• 2.2 薄膜制備方法20-22
• 2.2.1 基體材料及預(yù)處理20-21
• 2.2.2 基體氮化21
• 2.2.3 類金剛石薄膜沉積21-22
• 2.3 結(jié)構(gòu)表征手段和性能測(cè)試方法22-28
• 2.3.1 臺(tái)階儀(Step profile)22
• 2.3.2 拉曼光譜(Raman spectra)分析法22-23
• 2.3.3 納米壓痕儀(Nano-indentation)23-25
• 2.3.4 薄膜結(jié)合強(qiáng)度的表征25-26
• 2.3.5 薄膜摩擦學(xué)性能的表征26
• 2.3.6 掃描電子顯微鏡(SEM)及能譜儀(EDS)26-28
• 第三章 鎢靶功率對(duì)摻鎢DLC薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響28-38
• 3.1 薄膜的結(jié)構(gòu)分析28-31
• 3.1.1 薄膜的XPS分析28-29
• 3.1.2 薄膜的拉曼光譜29-31
• 3.2 薄膜的表面顆粒度31-32
• 3.3 薄膜的沉積效率32
• 3.4 薄膜的硬度32-33
• 3.5 薄膜與基體的結(jié)合力33-35
• 3.6 薄膜的摩擦磨損性能35-36
• 3.7 本章小結(jié)36-38
• 第四章 基體氮化與Cr中間層對(duì)W-DLC薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響38-46
• 4.1 XRD圖譜分析38-39
• 4.2 拉曼光譜分析39-40
• 4.3 薄膜的沉積效率40-41
• 4.4 表面粗糙度41-42
• 4.5 薄膜的硬度和韌性分析42
• 4.6 膜-基結(jié)合力42-45
• 4.6.1 洛氏壓痕測(cè)試42-43
• 4.6.2 劃痕測(cè)試43-45
• 4.7 本章小結(jié)45-46
• 第五章 摩擦條件對(duì)W-DLC薄膜摩擦磨損性能的影響46-62
• 5.1 摩擦副材料的硬度對(duì)摩擦磨損的影響46-55
• 5.1.1 GCr15軸承鋼摩擦副46-49
• 5.1.2 40Cr碳鋼摩擦副材料49-52
• 5.1.3 WC摩擦副52-53
• 5.1.4 Al2O3摩擦副53-55
• 5.2 載荷與濕度對(duì)摩擦磨損的影響55-61
• 5.2.1 摩擦系數(shù)56-57
• 5.2.2 磨損形貌與磨損率57-60
• 5.2.3 磨屑的結(jié)構(gòu)分析60-61
• 5.3 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-68
• 致謝68

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 唐雄心,趙建生;攙雜氟對(duì)類金剛石薄膜的影響[J];材料導(dǎo)報(bào);2002年04期

2 張慰萍,陳競(jìng),方容川,胡克良;制備類金剛石薄膜過(guò)程中的等離子體發(fā)射光譜[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);1992年03期

3 齊軍,雒建斌,王靜,李文治,溫詩(shī)鑄;離子輔助轟擊能量對(duì)類金剛石薄膜性能的影響[J];材料工程;2000年02期

4 冷永祥,黃楠,孫鴻,陳俊英,萬(wàn)國(guó)江,王進(jìn);真空弧源沉積類金剛石薄膜及其性能研究[J];功能材料;2003年02期

5 李敬財(cái),何玉定,胡社軍,黃拿燦;類金剛石薄膜的應(yīng)用[J];新材料產(chǎn)業(yè);2004年03期

6 田中章浩;類金剛石薄膜和金剛石薄膜的最新制備技術(shù)與各種特性[J];珠寶科技;2004年06期

7 王進(jìn),Sunny C.H.Kwok,陳俊英,楊萍,黃楠,P.K.Chu;磷摻雜類金剛石薄膜的制備與性能研究[J];真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào);2005年02期

8 沈風(fēng)雷,聞?shì)督?王紅衛(wèi);電沉析條件對(duì)鈦合金表面液相沉積類金剛石薄膜的影響(英文)[J];功能材料;2005年08期

9 劉成龍,楊大智,彭喬,鄧新綠;類金剛石薄膜在模擬體液中的電化學(xué)阻抗[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);2005年11期

10 趙之明;李合琴;顧金寶;;類金剛石薄膜的制備及其電阻率、光譜特性研究[J];真空;2007年06期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張俊彥;王成兵;;超潤(rùn)滑類金剛石薄膜的制備[A];第八屆全國(guó)摩擦學(xué)大會(huì)論文集[C];2007年

2 郭力軍;張貴鋒;劉正堂;許念坎;鄭修麟;;類金剛石薄膜的制備及影響折射率的因素分析[A];首屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1992年

3 盧春燦;賈曉芳;潘婧;梁佳佳;聶朝胤;;類金剛石薄膜結(jié)合力改善技術(shù)[A];TFC’09全國(guó)薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2009年

4 代偉;孫麗麗;吳國(guó)松;汪愛(ài)英;;線性離子束制備高性能、大面積類金剛石薄膜的研究[A];TFC’09全國(guó)薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2009年

5 代偉;吳國(guó)松;孫麗麗;張棟;汪愛(ài)英;;鉻摻雜類金剛石薄膜的制備、結(jié)構(gòu)與性能研究[A];TFC’09全國(guó)薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2009年

6 任妮;趙棟才;肖更竭;馬占吉;武生虎;;脈沖電弧沉積的摻鈦多層類金剛石薄膜性能研究[A];TFC’09全國(guó)薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2009年

7 周鴻飛;馬洪濤;;使用拉曼光譜對(duì)類金剛石薄膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的方法[A];薄膜技術(shù)高峰論壇暨廣東省真空學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

8 劉志凱;廖梅勇;姚振鈺;柴春林;楊少延;王占國(guó);;質(zhì)量分離低能離子束制備極光滑類金剛石薄膜[A];第四屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2001年

9 張文英 ;黃楠 ;孫鴻 ;冷永祥 ;楊文茂 ;陳俊英;;超硬超厚類金剛石薄膜合成研究[A];第五屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Ⅱ[C];2004年

10 劉成龍;齊民;徐軍;楊大智;;等離子體復(fù)合技術(shù)沉積梯度類金剛石薄膜及其性能研究[A];TFC'05全國(guó)薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2005年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 江美福;反應(yīng)磁控濺射法制備的氟化類金剛石薄膜的結(jié)構(gòu)和性能研究[D];蘇州大學(xué);2005年

2 李之杰;碳團(tuán)簇沉積類金剛石薄膜機(jī)制的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[D];復(fù)旦大學(xué);2004年

3 劉凡新;高密度硬盤磁頭用超薄類金剛石薄膜的研究[D];華中科技大學(xué);2007年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張東燦;金剛石薄膜和類金剛石薄膜摩擦學(xué)性能試驗(yàn)及其應(yīng)用研究[D];上海交通大學(xué);2010年

2 劉敏;功能化類金剛石薄膜調(diào)控神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)的研究[D];浙江大學(xué);2015年

3 劉博;類碳薄膜成分結(jié)構(gòu)與生物相容性研究[D];西南交通大學(xué);2015年

4 吾凡別克·巴合提;基底粗化和摻氮的類金剛石薄膜制備及其細(xì)胞相容性評(píng)價(jià)[D];蘭州大學(xué);2015年

5 卓國(guó)海;類金剛石薄膜的膜/基界面調(diào)控及其機(jī)械力學(xué)性能研究[D];江西理工大學(xué);2015年

6 劉爽;脈沖激光沉積法制備類金剛石薄膜及其表征[D];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué);2016年

7 林s

本文編號(hào)：482937