镁合金表面类金刚石薄膜的制备及性能研究

发布时间：2020-10-17 06:11

　　 类金刚石薄膜(DLC)是一类无定型多功能碳薄膜材料,具有许多类似于金刚石的优异性能,如高硬度、低摩擦系数、耐磨损和耐腐蚀等,是一种良好的保护性功能薄膜。在镁合金表面沉积类金刚石薄膜可以提高镁合金的表面性能,保护镁合金不被磨损和腐蚀,是镁合金表面改性的一种有效方法。与物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两种方法相比,液相电化学沉积技术具有设备简单、反应条件温和、成本低等优点,具有广阔的发展前景。本文采用液相电化学沉积方法,在镁合金表面直流预镀Cu作为过渡层,之后在Cu层上沉积类金刚石薄膜。探讨合适的掺杂改性元素,优化沉积工艺参数,并研究其电化学及摩擦磨损行为,以期提高镁合金的耐磨减摩及耐腐蚀性能,拓展镁合金的应用领域。本文主要研究内容和结论如下:(1)优化沉积工艺参数为:碳源为乙醇,去离子水和乙酸的添加量分别为20mL、15 mL,电压为200 V,温度为25℃,沉积时间为2 h;掺杂Ni元素的Ni-DLC薄膜优化沉积工艺参数为:碳源为乙醇,去离子水、乙酸和氯化镍的添加量分别为25mL、15mL、0.02g/L,电压为200V,温度为25℃,沉积时间为1.5h;掺杂B元素的B-DLC薄膜优化沉积工艺为:碳源为乙醇,去离子水、乙酸和硼酸的添加量分别为20 ml、25 mL,0.03 g/L,电压为200V,温度为25℃,沉积时间为1.5 h沉积的DLC薄膜表面光滑平整,晶粒大小均匀。(2)采用电化学沉积方法,在AZ91D镁合金表面制备了Ni-DLC薄膜。结果表明,由于Ni元素的掺杂,促使薄膜中sp2杂化碳原子结构增多,当Ni掺杂量为0.02g/L时,Ni-DLC薄膜具有较高的显微硬度和较低的磨损量和摩擦系数,其值分别为118.2 HV、0.241 × 10-6 kg/m、0.233。当Ni掺杂量为0.03 g/L时,Ni-DLC薄膜在3.5 wt.%NaCl腐蚀液中具有较低的磨损量和摩擦系数,其值分别为0.256X 10-6kg/m和0.215。(3)采用电化学沉积方法,在AZ91D镁合金表面制备了B-DLC薄膜。结果表明,由于B元素的掺杂,促使薄膜中sp2杂化碳原子结构增多。当B掺杂量为0.03 g/L时,B-DLC薄膜具有最高的显微硬度,其值为149.1HV。在空气和3.5 wt%NaCl腐蚀液中的条件下具有最低的磨损量和摩擦系数,其值分别0.273 ＋10-6kg/m、0.256×10-6kg/m 0.261和0.108。(4)无元素掺杂的DLC薄膜,自腐蚀电位相比于Ni-DLC、B-DLC薄膜都要高,自腐蚀电位值为E0=-0.769 V。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TG174.4;TG146.22
【部分图文】：

2 实验材料与方法表 2.12 电沉积 B-DLC 薄膜工艺参数Table 2.12 Process parameters of electrodeposited B-DLC film试剂 添加浓度及工作条件乙醇 1000 ml去离子水 20ml乙酸硼酸25ml0.01-0.04g温度时间电压室温1.5h200v2.4 实验的技术路线

图 3.2 DLC 薄膜表面形貌及面扫面能谱分析：(a)DLC; (c) Ni-DLC; (e) B-DLC;Fig.3.2 Surface morphology and surface scanning energy spectrum analysis of DLC film: (a) DLC; (c)Ni-DLC; (e) B-DLC;3.3.DLC 薄膜截面分析图 3.3 分别是三种不同 DLC 薄膜的截面形貌及线能谱分析。图 3.3（a）DLC 薄膜的截面形貌和能谱分析，从图 3.3 中可以看出 DLC 薄膜截面比较致密，并没有任何缺陷但是厚度较薄只有 4-5 微米。图 3.3（b）是 Ni-DLC 薄膜的截面形貌和能谱分析，从图中可以看出 DLC 薄膜截面比较致密，并没有任何缺陷，但是从线能谱元素分布可以看出在 DLC 薄膜沉积之前，在试样表面先沉积出了薄薄一层 Ni，之后才沉积出了 Ni-DL薄膜，厚度较薄也只有 4-5 微米。图 3.3（c）是 B-DLC 薄膜的截面形貌和能谱分析，从图中可以看出 DLC 薄膜截面厚度不太均匀，并没有任何缺陷，但是厚度较薄只有 4微米。

膜截面形貌及线能谱分析(a)DLC; (b) Ni-DLCl morphology and line energy spectrum analysis o(b) Ni-DLC; (c) B-DLC;原理相电沉积 DLC 薄膜的反应机理进行了简机分子由于正负电荷中心分离，电解为所带电荷相反的方向运动，在试样表面被是 Roy[46]等人在去离子水中添加体积分学沉积出 DLC 薄膜，而且试样表面组织的通过强大的电场使有机溶剂中极性分移动到阴极试样表面发生电化学反应沉积验现象，对本文类金刚石薄膜成膜机理进、去离子水和乙醇的混合体系并且在 200液中有一部分醋酸分子会电离出 H+离子阴极表面形成 H+
【参考文献】

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本文编号：2844398