類金剛石涂層（DLC）優(yōu)良的物理和化學性能,包括高硬度、低磨損率及良好的化學惰性,使其得到了極大地關注和廣泛的應用。由于DLC涂層內(nèi)部的應力較高,導致涂層與基材表面的結合力較低,無法在基材表面沉積較厚的DLC涂層,其推廣使用受到了極大的限制。本論文采用磁控濺射和陰極電弧兩種技術在硬質(zhì)合金基體表面制備Ti-DLC涂層和Si-DLC涂層,通過改變元素的摻雜比例,獲得不同摻雜比例的Ti-DLC涂層和Si-DLC涂層,采用掃描電鏡（SEM）、洛氏硬度壓痕儀等手段對DLC涂層的微觀形貌、厚度、結合力以及內(nèi)應力等涂層性能進行表征。在沉積Ti-DLC涂層時發(fā)現(xiàn),隨著鈦靶的濺射功率不斷增加,涂層中Ti元素的含量將得到提高,涂層的硬度及應力總體呈下降趨勢,而涂層厚度和膜基結合強度呈現(xiàn)上升趨勢。當Ti=8.5 at.%時,膜基結合情況優(yōu)異,涂層應力由無摻雜時的4.5Gpa降至2.1Gpa,同時涂層還保持了高硬度等其他優(yōu)良性能;而分析Si-DLC涂層的性能時發(fā)現(xiàn),當Si=3.5 at.%時,其應力從最高時的4.8Gpa降至3Gpa,并且涂層保持了良好的綜合性能。經(jīng)上述分析得到,當Ti=8.5 at.%時,D... 

【文章來源】：上海應用技術大學上海市

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

sp2、sp3和H成分組成的三元相圖

上海應用技術大學碩士學位論文第3頁刀具的抗粘黏和耐磨損性能[16-31]，具體的應用情況如圖1.2至圖1.4所示。在DLC涂層的工業(yè)應用中發(fā)現(xiàn)，涂層內(nèi)部存在較大的內(nèi)應力，加之工件對涂層產(chǎn)品的沖擊作用，工件表面的涂層極易剝落，這種現(xiàn)象加速了零配件之間及刀具與工件間的磨損，減少了零配件和刀具的使用壽命。為改善上述問題及促進DLC涂層更廣泛的應用，需要沉積更厚、附著力更高的DLC涂層，因此必須解決DLC涂層應力高、膜基結合力差等問題。（a）汽車柱塞（b）汽車門鎖部件(a)Automotivepiston(b)Automobiledoorlockunit圖1.2汽車零部件Fig.1.2Automobilepart圖1.3人工骨骼及關節(jié)Fig.1.3artificialbonesandjoints（a）普通刀具(a)Universalcutter

上海應用技術大學碩士學位論文第4頁（b）微型刀具(b)Microcuttingtools圖1.4各類切削刀具Fig.1.4Variouscuttingtools1.3元素摻雜對DLC涂層綜合性能的影響涂層的綜合性能主要包括其力學性能、摩擦學性能及切削加工性能等，性能優(yōu)劣關系著涂層的使用效果及壽命，其內(nèi)應力和膜基結合強度作為影響涂層使用性能及壽命的關鍵因素，因此降低內(nèi)應力和提高膜基結合強度是目前研究DLC涂層的重點。雖然涂層內(nèi)部應力是由涂層形成機理決定的，屬于DLC涂層和基材試樣的固有性質(zhì)，但是采取合理措施可有效降低內(nèi)應力，這些措施主要包括對涂層沉積完全的試樣進行退火、在涂層制備過程中加入異族元素、在試樣表面制備多層膜以及在制備過程中對基體施加偏壓等方法。對sp3-C/sp2-C比值較高的DLC涂層在真空或惰性氣體中進行去應力退火，雖然可得到應力較低的涂層，但是實驗發(fā)現(xiàn)大部分的基底材料無法承受一般的退火溫度（500-600℃），當退火溫度過高時基底材料性能會顯著下降，嚴重時還會發(fā)生基體變形，影響了涂層產(chǎn)品的實際應用，因此這種方法具有一定局限性和針對性。通過對基體施加偏壓來改變C+能量，進而控制DLC涂層內(nèi)部sp3-C與sp2-C比值的方法，可使涂層內(nèi)部應力釋放。當C+能量達到100eV時，涂層中的sp3-C所占比例最高[32-33]。因此合理的控制偏壓大小，使C+能量大于（或小于）100ev，就可以降低薄膜中sp3-C的含量，從而達到降低涂層內(nèi)應力的目的，但此方法也存在一定弊端，即對基體施加偏壓，會導致涂層硬度降低，同時DLC涂層表面的粗糙度也有所升高，表面粗糙度的升高會導致涂層摩擦系數(shù)增大，從而加劇了涂層產(chǎn)品與對磨工件間的摩擦磨損。通過上述介紹得知，采用退火和施加偏壓的方法雖能有效的降低涂層應力和提高膜基結合強度，但這兩種?

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3507311