衬底负偏压对线性离子束DLC膜微结构和物性的影响

采用一种新型线性离子束PVD技术制备出大面积类金刚石薄膜(DLC膜),研究了衬底负偏压对薄膜微结构和物性的影响.结果表明:制备出的类金刚石薄膜在300 mm×100 mm范围内纵向厚度均方差约10-12 nm,横向薄膜厚度均方差约2-4 nm.随着衬底偏压的提高,薄膜中sp~3键的含量先增加后减小,在衬底偏压为-100 V时sp~3键的含量最大;DLC膜的残余应力、硬度和弹性模量与sp~3键的含量呈近似线性的关系,在衬底偏压为-100 V时其最大值分别为3.1 GPa、26 GPa和230 GPa.DLC薄膜的摩擦学性能与薄膜中sp~3碳杂化键的含量密切相关,但是受衬底偏压的影响不大,其摩擦系数大多小于0.25.偏压对磨损的影响很大,在偏压比较低(0～-200 V)时,薄膜的磨损率约为10~(-8)mm~3/N·m,偏压升高到300 V磨损率急剧提高到10~(-7)mm~3/N·m.     

直流磁控溅射和高功率脉冲磁控溅射TiSiN 涂层的结构与性能比较

目的 对比研究HiPIMS和DCMS技术对涂层组织、结构与性能的影响,为不同磁控溅射技术制备硬质涂层提供理论依据与实验指导。方法 在相同功率密度下,通过HiPIMS和DCMS技术分别制备 TiSiN 涂层。通过X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、扫描探针显微镜（SPM）表征涂层的结构和形貌,并通过纳米压痕仪、划痕仪、UMT-3摩擦磨损试验机、电化学工作站表征涂层的力学、摩擦学和耐腐蚀性能。结果 与DCMS制备的TiSiN涂层相比,HiPIMS技术所制备的涂层表面更加光滑,结构更为致密,硬度提高了10%,且应力降低了35%,呈低应力高硬度特征,涂层的韧性和结合力也明显提高,膜基结合力由DCMS涂层的40 N提高至50 N。同时,涂层的耐磨和耐腐蚀性能得到提升,摩擦系数降低了18%,腐蚀电流密降低了将近1个数量级。结论 与DCMS 相比,HiPIMS技术在制备TiSiN纳米复合涂层上具有显著优势,有效提高了涂层的综合使役性能。     

退火时间对Ni催化非晶碳转变石墨烯的影响

目的 研究不同退火时间对Ni催化非晶碳转化生成石墨烯的影响。方法 采用磁过滤电弧沉积技术,在SiO2/Si基片上制备非晶碳薄膜,之后利用磁控溅射技术,在非晶碳薄膜上镀上一层金属Ni。再将样品放置在管式炉中进行真空退火热处理。通过X射线光电子能谱（XPS）表征非晶碳的化学价态,利用扫描电子显微镜（SEM）观察退火前后样品的表面形貌变化,利用拉曼光谱（Raman spectra）对生成的石墨烯进行质量表征,采用透射电子显微镜（TEM）对微观石墨烯结构进行表征。结果 700~800 ℃范围内,合理延长退火时间至60 min,可以提高生成的石墨烯质量,使得ID/IG值分别从0.63、0.61降至0.53、0.46。TEM显示,700 ℃退火60 min时,得到的石墨烯约为32层。900 ℃时,在1~10 min短时间内退火,即可得到高质量石墨烯。结论 退火时间显著影响非晶碳转化生成的石墨烯。900 ℃时,短时间退火可以生成高质量石墨烯,而在700~800 ℃时,则需要延长退火时间才可得到高质量石墨烯。退火时间并不能无限延长,否则会导致生成的石墨烯结构被破坏。     

Characterization and properties of duplex a-C:H/MAO coatings on magnesium alloy using combined microarc oxidation and hybrid magnetron sputtering

The combined microarc oxidation (MAO) and magnetron sputtering deposition process was used to deposit duplex a-C:H/MAO and Ti-a-C:H/MAO coatings on AM80 magnesium alloy. The microstructure, mechanical properties and tribological behavior of the two duplex coatings were investigated. The experimental results showed that the a-C:H and Ti-a-C:H top films on Si substrates were dense and had a low G peak position and ID/IG ratio, compared with the hydrogen-free amorphous carbon films. Numerous micropores were found on the duplex a-C:H/MAO and Ti-a-C:H/MAO coatings together with low values of hardness (H) and elastic modulus (E), which also showed good binding strength with the Mg alloy substrates. Compared to MAO treated substrate used for the protection of the Mg alloy, the duplex a-C:H/MAO and Ti-a-C:H/MAO coatings still had stable and low value of friction coefficient, even though the surface of the duplex coatings was rough and porous. Furthermore, the mechanism of friction reduction of the two duplex coatings on the Mg alloy substrates was discussed.     

Ag掺杂非晶碳膜结构、力学与电学行为研究

采用反应磁控溅射技术, 通过改变溅射靶电流实现了不同Ag掺杂含量0.7at%~41.4at%非晶碳膜(a-C:Ag)的可控制备, 并系统研究了Ag含量对薄膜组分、结构、机械特性的影响规律, 以及薄膜的电学特性。结果表明: 当Ag含量在0.7at%~1.2at%时, Ag原子固溶于非晶碳基质; 当Ag含量在13.0at%~41.4at%范围, 薄膜中出现尺寸约为6 nm的Ag纳米晶。随着Ag含量增加, 碳网络结构的sp ²团簇尺寸增大, 结构无序度降低。应力测试表明, 在低Ag含量范围, Ag原子固溶于碳膜网络结构中, 起到枢纽作用, 促进碳网络结构键长、键角畸变弛豫, 从而降低薄膜应力。随着Ag含量增加, 部分Ag原子将形成Ag纳米晶粒, 薄膜通过Ag纳米晶与非晶碳界面处的滑移以及扩散作用释放过高的畸变能降低应力。Ag含量为37.8at%时, 在11.6 K附近, 薄膜出现金属-半导体特性转变。而Ag含量为41.4at%的薄膜, 在2~400 K测试温度范围内, 均表现为半导体特性, 其中在164~400 K范围内, 薄膜表现出典型的热激活导电机制。     

Cr掺杂及Cr过渡层对类金刚石薄膜附着力的影响

采用线性离子束复合磁控溅射的混合PVD技术制备了含Cr过渡层以及Cr掺杂的DLC薄膜,并测量了其厚度、残余应力、结合力、摩擦因数等性能.划痕测试的结果表明,增加过渡层后薄膜的结合状况得到了明显改善,其残余应力也有所下降,Cr掺杂的DLC薄膜残余压应力最低可达0.23 GPa.有关结果为强膜基结合力、低应力、大面积的类金刚石薄膜可控制备提供了新的技术思路.     

V-Al-C-N宽温域涂层的制备及其摩擦学行为

目的 设计制备用于高速切削难加工材料的长寿命刀具涂层.方法 采用三靶磁控共溅射技术,通过改变石墨靶材的溅射功率,调控不同润滑相的配比,制备具有不同C含量的V-Al-C-N纳米复合涂层.利用纳米压痕仪和高温摩擦试验机,对涂层的力学性能和摩擦学性能进行检测.采用透射电镜和扫描电镜观察涂层的显微结构和摩擦磨损表面形貌,并分析...     

铝合金表面沉积类金刚石薄膜的研究进展

类金刚石(Diamond-like Carbon,DLC)薄膜因其高硬度、良好的化学惰性以及优异的摩擦性能等优势,有望成为一种理想的铝合金表面防护涂层。对比了物理气相沉积(Physical vapor deposition,PVD)技术制备DLC改性材料与传统铝合金表面改性技术的优劣,概述了DLC薄膜在提升铝合金表面力学性能、减摩抗磨方面取得的最新成果,以及在复杂服役工况下面临的抗塑性变形差、易发生结合失效等瓶颈性问题。通过分析铝合金基体上生长高性能DLC薄膜的不利因素,指出界面化学结合强度低、薄膜残余应力大以及软基体/硬质薄膜的结构体系限制是导致上述问题产生的主要原因。在此基础上,重点综述了国内外研究学者为提高铝合金表面沉积DLC薄膜的膜基结合力所采取的有效措施及结果,包括:通过基体前处理增强基体力学性能与改善宏观表面缺陷;采用PVD或其他表面处理方法制备一层或多层的中间过渡层,缓解DLC薄膜与铝合金基体结构、性能之间的差异;调控DLC薄膜组分与结构以降低残余应力。最后展望了在铝合金基体表面制备DLC防护薄膜的发展趋势。     

热丝CVD方法中气体状态参数的二维模拟计算

使用在连续介质中建立的二维流场数学模型，模拟计算了在用HFCVD方法生长金刚石薄膜过程中影响气体温度分布的多个沉积工艺参数，研究了气体的速度和体密度的空间分布．结果表明，在优化工艺参数条件下，高温热丝的热阻塞作用导致气体状态参数的不均匀空间分布；在热丝附近气体的速度大而靠近反应腔体侧壁处小；热丝附近处气体体密度减小而靠近冷反应腔体侧壁处增加，采用绝热或高等温边界的反应腔管道壁可以消除气体的热绕流现象，有利于大面积金刚石薄膜的快速均匀生长．     

PECVD制备掺氮类金刚石薄膜的电化学特性

利用混合离子束系统,通过辉光放电等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备出类金刚石薄膜(DLC)和掺氮类金刚石薄膜(N-DLC),用可见拉曼光谱、X射线光电子能谱和扫描探针显微镜表征薄膜微观结构和表面形貌,采用电化学工作站测量了薄膜的电化学性能。结果表明,DLC薄膜的表面光滑致密、粗糙度低,掺氮增加了薄膜中的sp2团簇相并形成了C-N键,并使C-O键含量和薄膜表面的活性位点增加。N-DLC薄膜电极在硫酸溶液中的电化学势窗达4.5 V和较低的背景电流(0.3±0.2μA/cm2);在铁氰化钾溶液中电极的电流响应明显,表现为受扩散控制的准可逆过程。电极具有很好的重复性和稳定性。