【摘要】：目的研究具有選擇性鍵合作用的摻雜金屬元素(Cu、Al、Ti)對類金剛石(DLC)薄膜的結(jié)構(gòu)和摩擦學性能的影響。方法以高純石墨及其與金屬復合靶作為靶材,采用離子源鍍膜技術(shù)分別在n-型(100)單晶硅片和拋光304不銹鋼片基體上制備金屬-DLC復合膜。采用514.6 nm氬離子激發(fā)源的Raman光譜儀,對金屬-DLC復合薄膜進行拉曼光譜分析。采用努氏硬度計和表面輪廓儀測量計算薄膜的硬度和殘余應力。采用原子力顯微鏡(AFM)觀察DLC薄膜的表面形貌和結(jié)構(gòu)。使用球-盤滑動磨損試驗機對DLC復合薄膜進行摩擦學性能分析。結(jié)果類金剛石薄膜中摻入不同金屬元素摻雜后,摩擦系數(shù)保持相對穩(wěn)定,但磨損率存在較大差異。無摻雜DLC膜中的sp~3鍵含量最高,薄膜硬度高,殘余應力大,在摩擦過程中易脫落。Ti-DLC金屬復合膜的表面質(zhì)量最好,結(jié)構(gòu)致密,殘余應力釋放的同時保持較高的硬度,測得其磨損率最低,為0.13×10~(-15) m~3/nm。結(jié)論通過在DLC膜中摻雜不同鍵合能力的金屬元素能夠調(diào)控DLC薄膜的微觀結(jié)構(gòu),改善薄膜的力學性能(硬度、殘余應力),提高薄膜的抗磨損性能。薄膜的摩擦學性能與薄膜的微觀結(jié)構(gòu)與金屬摻雜元素的存在形態(tài)有關。
[Abstract]:Aim to investigate the effect of doped metallic elements (Cu,Al,Ti) with selective bond cooperation on the structure and tribological properties of diamond-like carbon (DLC) films. Methods Metallic DLC composite films were prepared on n- (100) single crystal silicon substrates and polished 304 stainless steel substrates by ion source plating with high purity graphite and its composite target with metal. A 514.6 nm Raman spectrometer was used to analyze the Raman spectra of metal DLC composite films. The hardness and residual stress of the film were measured by Knoop hardness meter and surface profilometer. The surface morphology and structure of DLC films were observed by atomic force microscope (AFM) (AFM). The tribological properties of DLC composite films were analyzed by ball-disc sliding wear tester. Results the friction coefficient of diamond-like carbon films was relatively stable after doping with different metallic elements, but the wear rate was different. The content of sp~3 bond in the undoped DLC film is the highest, the hardness of the film is high, the residual stress is large, the surface quality of the Ti-DLC metal composite film is the best, the structure is compact, the residual stress is released and the hardness is high. The wear rate was the lowest, 0.13 脳 10 ~ (-15) mm ~ (-15) 路nm ~ (-1). Conclusion by doping metal elements with different bonding ability in DLC films, the microstructure of DLC films can be regulated, the mechanical properties (hardness, residual stress) of the films can be improved, and the wear resistance of the films can be improved. The tribological properties of the films are related to the microstructure of the films and the existence of metal doped elements.
【作者單位】： 太原理工大學;
【基金】：國家自然科學基金(51502193) 山西省重點研發(fā)計劃和應用基礎項目(201603D421035&201601D021057)~~
【分類號】：TG174.4

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本文編號：2237709