射频辅助磁控溅射制备梯度Cr/CrC膜的性能

目的 改善CrC薄膜的制备工艺,提高薄膜的结合强度。方法 采用射频偏压辅助磁控溅射技术,以Cr和石墨为靶材,C2H2为反应气体,在M42高速钢表面制备梯度Cr/CrC膜。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、Raman光谱仪分析薄膜的微观形貌、成分组成、键结构,用纳米压痕仪、洛氏硬度计对薄膜的结合性能进行评价。结果 成功制备了表面致密均匀的梯度Cr/CrC薄膜,薄膜中sp3键含量随石墨靶射频功率的增加而呈现先增大后减小的趋势。薄膜的结合强度随射频功率的增大而先增大后减小,射频功率为250 W时,薄膜中含有最多的sp3键,并且有最高的硬度,硬度值为21 GPa。结论 纯Cr过渡层能有效吸收薄膜中的内应力,改善膜/基结合性能,对Cr/CrC薄膜结合强度有明显增强作用。石墨靶的射频功率大小对梯度Cr/CrC膜的结构和结合强度有显著影响,射频功率为250 W时,制备出的薄膜具有最高的硬度和结合强度。     

基体负偏压对四面体非晶碳膜结构和性能的影响

采用自主研制的45°单弯曲磁过滤阴极电弧沉积系统于Si基体表面制备了四面体非晶碳(ta–C)膜,研究了基体负偏压对薄膜沉积速率、成分、力学性能及摩擦学性能的影响规律。结果表明,随基体负偏压升高,ta–C膜sp3键含量呈先增后减的变化趋势,在-50 V时达到最大值（约64%）;其硬度和弹性模量呈相似的变化规律,在-50 V偏压下获得最大值(48.22 GPa和388.52 GPa)。ta–C薄膜的摩擦学性能与其sp3碳杂化键的含量密切相关,在-50 V偏压下制备的薄膜具有最小平均摩擦系数值（0.10）。可见,采用单弯曲磁过滤阴极弧电弧制备ta–C薄膜的力学和摩擦学特性主要受薄膜中sp3键含量的制约。     

碳基薄膜在航空轴承乏油问题中的应用研究

目的 研究乏油工况下GLC和DLC两种碳膜在航空轴承上的应用。方法通过磁控溅射技术在单晶硅片P(100)、轴承钢样块和轴承套圈表面分别制备了GLC和DLC两种薄膜。利用扫描电镜（SEM）、拉曼光谱对薄膜的截面和磨痕形貌及结构进行了分析。利用纳米压痕仪、摩擦磨损试验机等对薄膜的力学性能和摩擦学性能进行了研究。利用轴承试验机对镀两种膜的轴承进行了对比研究。结果 GLC和DLC两种碳基薄膜均结构致密,GLC薄膜含有更多的sp2,DLC薄膜含有更多的sp3;两种薄膜硬度分别达到18.2 GPa和22.2 GPa,弹性模量分别达到230.2 GPa和260.8 GPa,干摩擦条件下,薄膜摩擦系数分别低至0.11和0.21。镀膜轴承在运转0~10 h时,温升无明显差异;10~30 h过程中,镀GLC薄膜轴承温升约为40~45 ℃,而镀DLC薄膜轴承温升约为50~55 ℃。运转后,轴承滚子上出现转移膜,镀GLC薄膜的轴承磨损比镀DLC薄膜的轴承严重。结论 在乏油工况下,DLC薄膜具有更加优异的环境适应性。     

掺钨VO2薄膜制备及其热致相变特性研究

采用无机溶胶.凝胶法,以钨酸氨和V2O3的为原料在高温下共熔水淬实现钨掺杂,在云母片(001)表面制备W 掺杂VO2薄膜.采用AFM、XS、XPD分析了薄膜形貌和微观结构,利用FTIR检测薄膜在不同温度下的红外透过率,确定W掺杂薄膜的相变温度.结果表明,钨元素以W6 形式掺入VO2晶体,取代晶格中部分V原子.掺杂后VO2薄膜的半导体一金属相变温度明显下降,每掺入1%W6 ,VO2薄膜相变温度下降19.8℃.当掺入W6 量为2.04%,其相变温度下降到28℃.     

钛掺杂无氢类金刚石薄膜疏水性能研究

采用MEVVA离子源复合磁控溅射沉积系统,在钛合金Ti6Al4V基体上制备Ti掺杂DLC薄膜,研究Ti掺杂对DLC薄膜疏水性能的影响。通过X射线能谱仪（EDS）、X射线光电子谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）分别对薄膜的组分、化学键以及表面形貌进行分析;通过测量静态接触角分析薄膜的润湿性并计算薄膜的表面能。结果表明：Ti掺杂DLC膜明显提高疏水性能,水接触角最高达到105°。薄膜中sp2C杂化键组分增加以及表面形成Ti-O键,是导致薄膜表面能降低的重要因素     

Ti6Al4V合金上类金刚石膜的摩擦学性能及腐蚀行为

采用离子束沉积技术在医用Ti6Al4V合金表面制备类金刚石薄膜（DLC）,利用原子力显微镜、Raman光谱、X射线光电子能谱（XPS）及UMT-2摩擦磨损试验机对薄膜的形貌、结构、摩擦学性能进行表征。采用动电位极化对涂层前后基底的耐腐蚀性能进行测试。结果表明：制备薄膜为类金刚石碳结构,基底偏压对薄膜形貌、结构有较大影响;偏压为–100 V时制备的薄膜表面粗糙度低（6.5 nm）,sp3/sp2 比值高,摩擦学性能优异;经DLC膜保护的合金基底耐腐蚀性能获得明显改善。     

掺杂元素Ti对WS2薄膜结构和摩擦学性能的影响

目的 提高单一成分WS₂薄膜的力学和摩擦学性能。方法 采用多靶磁控溅射方法制备不同Ti含量的WS₂–Ti复合薄膜。利用X射线能谱仪（EDS）、拉曼光谱仪（Raman）、X射线光电子能谱仪（XPS）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、纳米压痕仪,对薄膜的成分、化学态、晶体结构、形貌以及力学性能进行表征,并利用球–盘摩擦试验机检测该系列薄膜在大气和真空环境下的摩擦学性能。结果 掺杂元素Ti显著改善WS₂薄膜的微观结构、力学性能和摩擦学性能。随着Ti含量的增加,WS₂薄膜的结晶度下降,致密度增加,其硬度和杨氏模量分别从0.25 GPa和16.60 GPa增加到3.52 GPa和59.00 GPa。Ti原子数分数为7.17%时,复合薄膜的磨损率在真空和大气环境下分别低至0.10×10^-15 m³/（N·m）和2.66×10^-15m³/（N·m）。结论 在真空摩擦试验中,WS₂基薄膜的...     

SiC靶功率密度对无氢掺硅类金刚石薄膜摩擦学性能的影响

采用直流磁控溅射石墨靶、中频磁控溅射碳化硅靶以及离子源辅助的复合沉积技术,制备出膜层质量优异、摩擦因数和磨损率较低的具有不同Si含量的无氢掺硅类金刚石薄膜。使用XPS、拉曼光谱仪、台阶仪、纳米硬度计、SEM、EDS以及球盘式摩擦磨损试验仪测试并表征薄膜的微观结构、力学性能和摩擦学性能。研究表明,该技术能够成功制备出无氢掺硅类金刚石薄膜;随着SiC靶功率密度的增加,薄膜中Si的含量和sp3键的含量逐渐增加,其纳米硬度和弹性模量先增大后减小,摩擦因数由0.277降低至0.066,但其磨损率从6.29×10-11 mm3/Nm增加至1.45×10-9 mm3/Nm;当SiC靶功率密度为1.37W/cm2时,薄膜的纳米硬度与弹性模量分别达到最大值16.82GPa和250.2GPa。     

偏压类型对磁过滤等离子体制备优质类金刚石膜的影响

采用自行研制的磁过滤等离子体装置在单晶Si基底上制备了优质类金刚石(DLC)薄膜.运用红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM),原子力显微镜(AFM)和纳米压痕仪对样品进行了表征和分析,着重研究了衬底偏压类型对制备薄膜的影响.结果表明:在无偏压或周期性负偏压下制备的DLC薄膜的sp3含量比连续负偏压下制备的薄膜的sp3含量要高;同时在周期性偏压下制备的薄膜表面较光滑,其表面粗糙度仅为0.1 nm,sp3含量达到66.8%,相应的纳米硬度也较高(达到80GPa).同时对相应的成膜机理进行了讨论.     

基体负偏压对四面体非晶碳膜结构和性能的影响

采用自主研制的45°单弯曲磁过滤阴极电弧沉积系统于Si基体表面制备了四面体非晶碳(ta-C)膜,研究了基体负偏压对薄膜沉积速率、成分、力学性能及摩擦学性能的影响规律。结果表明,随基体负偏压升高,ta-C膜sp3键含量呈先增后减的变化趋势,在-50V时达到最大值(约64%);其硬度和弹性模量呈相似的变化规律,在-50V偏压下获得最大值(48.22GPa和388.52GPa)。ta-C薄膜的摩擦学性能与其sp3碳杂化键的含量密切相关,在-50V偏压下制备的薄膜具有最小平均摩擦因数值(0.10)。可见,采用单弯曲磁过滤阴极弧电弧制备ta-C薄膜的力学和摩擦学特性主要受薄膜中sp3键含量的制约。