激光制备高附着性能的铜基类金刚石膜
发布时间：2021-10-29 08:57
提升类金刚石（Diamond-Like Carbon, DLC）膜在被保护基底上的附着能力具有明显的实际应用价值。从微观机理上分析了前期设计的Cu基多层DLC膜有效性的原因。在此基础上,研究了DLC/SiC循环层中两者厚度比例对膜层的附着性能、纳米硬度和耐磨性的影响,以优化结构、进一步提升实际应用所需的膜层性能。纳米划痕和压痕测试结果表明:随着DLC层与SiC层厚度比例的增大,多层DLC膜在Cu基上附着性能逐渐降低,但当厚度比小于2.3时,仍接近厚度400 nm的单层DLC膜在Si基上的附着性能;Cu基多
【文章来源】：国防科技大学学报. 2020,42(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
铜基DLC膜结构示意图
图3表明,随着载荷的增大,加载曲线的纵坐标“深度”逐渐上升,表示针尖不断深入样品内部,膜层初期发生弹性形变(该段加载曲线近似线性变化);但随着载荷的不断增大,加载曲线在某一位置出现突变(图中倒三角所示),暗示膜层破裂,此后膜层发生了不可逆的塑性形变。膜层破裂的位置对应载荷值,即临界载荷,可以表征膜层的附着性能。加载曲线出现了多次突变,表明内部膜层逐渐断裂,但按“木桶原则”,第一层的断裂即认为整个膜层的失效。根据纳米划痕测试,各样品的临界载荷对比如图4所示,其中X表示在Si基上直接镀制400 nm厚DLC膜样品,测试条件同其他样品。从图4中可以看出,随着DLC层与SiC层厚度比例的提高,Cu基DLC膜的临界载荷逐渐降低。当厚度比小于2.3时,其值接近或超过Si基DLC膜(厚度为400 nm)临界载荷的80%,具备了较高的实用价值。该厚度比例过高(如9 ∶1)时,DLC层厚度过大,其内应力积累严重,这会直接导致膜层在外力作用下的破裂,从而在总体上影响膜层的附着性能。
典型的纳米压痕测试结果“载荷-压入深度”曲线如图5所示。测试针头压到最大压入深度时使用的加载力越大,说明膜层对外力的承受能力越大,也就表明硬度越高;反之,硬度越低。由图5可知,在压入深度为1500 nm的条件下,对样品S1使用的载荷最小,说明其纳米硬度最低。样品S4的硬度最高,这主要是因为样品S4中DLC层的厚度最大,DLC的纳米硬度比SiC的要高得多。因此,随着DLC层与SiC层厚度比例的增大,整个膜层的纳米硬度必然提高。对样品的“载荷-压入深度”曲线计算后,获得样品的纳米硬度、杨氏模量等参数。对每个样品的纳米硬度取平均,绘于图6中。由图6可知,随着DLC层与SiC层厚度比例的增大,Cu基多层DLC膜的纳米硬度逐渐提高。金属Cu的纳米硬度不足2 GPa,可见设计膜系使其机械性能得到了极大提升。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双弯管磁过滤阴极真空弧技术沉积超厚多层钛掺杂类金刚石膜[J]. 姜其立,王浩琦,周晗,庞盼,刘建武,廖斌. 中国表面工程. 2018(03)
[2]脉冲激光沉积低内应力多层类金刚石膜[J]. 陆益敏,郭延龙,黄国俊,黎伟,万强,唐璜. 红外与激光工程. 2017(09)
[3]射频输入功率对DLC∶F∶Si薄膜结构和附着特性的调制机理[J]. 吴伟,朱志鹏,张剑东,闵嘉炜,江美福,钱侬. 材料科学与工程学报. 2017(03)
[4]激光沉积大面积均匀类金刚石膜的设计改进及实验[J]. 陆益敏,黄国俊,郭延龙,丁方正,陈霞,韦尚方,米朝伟. 兵工学报. 2017(03)
[5]CrN/DLC复合薄膜的制备及其摩擦学性能研究[J]. 李福球,林松盛,林凯生,陈焕涛. 电镀与涂饰. 2017(01)
[6]非平衡磁控溅射结合电弧离子镀制备掺杂DLC硬质膜性能研究[J]. 于大洋,马胜歌,张以忱,徐路. 中国表面工程. 2006(06)
本文编号：3464372
【文章来源】：国防科技大学学报. 2020,42(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
铜基DLC膜结构示意图
图3表明,随着载荷的增大,加载曲线的纵坐标“深度”逐渐上升,表示针尖不断深入样品内部,膜层初期发生弹性形变(该段加载曲线近似线性变化);但随着载荷的不断增大,加载曲线在某一位置出现突变(图中倒三角所示),暗示膜层破裂,此后膜层发生了不可逆的塑性形变。膜层破裂的位置对应载荷值,即临界载荷,可以表征膜层的附着性能。加载曲线出现了多次突变,表明内部膜层逐渐断裂,但按“木桶原则”,第一层的断裂即认为整个膜层的失效。根据纳米划痕测试,各样品的临界载荷对比如图4所示,其中X表示在Si基上直接镀制400 nm厚DLC膜样品,测试条件同其他样品。从图4中可以看出,随着DLC层与SiC层厚度比例的提高,Cu基DLC膜的临界载荷逐渐降低。当厚度比小于2.3时,其值接近或超过Si基DLC膜(厚度为400 nm)临界载荷的80%,具备了较高的实用价值。该厚度比例过高(如9 ∶1)时,DLC层厚度过大,其内应力积累严重,这会直接导致膜层在外力作用下的破裂,从而在总体上影响膜层的附着性能。
典型的纳米压痕测试结果“载荷-压入深度”曲线如图5所示。测试针头压到最大压入深度时使用的加载力越大,说明膜层对外力的承受能力越大,也就表明硬度越高;反之,硬度越低。由图5可知,在压入深度为1500 nm的条件下,对样品S1使用的载荷最小,说明其纳米硬度最低。样品S4的硬度最高,这主要是因为样品S4中DLC层的厚度最大,DLC的纳米硬度比SiC的要高得多。因此,随着DLC层与SiC层厚度比例的增大,整个膜层的纳米硬度必然提高。对样品的“载荷-压入深度”曲线计算后,获得样品的纳米硬度、杨氏模量等参数。对每个样品的纳米硬度取平均,绘于图6中。由图6可知,随着DLC层与SiC层厚度比例的增大,Cu基多层DLC膜的纳米硬度逐渐提高。金属Cu的纳米硬度不足2 GPa,可见设计膜系使其机械性能得到了极大提升。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双弯管磁过滤阴极真空弧技术沉积超厚多层钛掺杂类金刚石膜[J]. 姜其立,王浩琦,周晗,庞盼,刘建武,廖斌. 中国表面工程. 2018(03)
[2]脉冲激光沉积低内应力多层类金刚石膜[J]. 陆益敏,郭延龙,黄国俊,黎伟,万强,唐璜. 红外与激光工程. 2017(09)
[3]射频输入功率对DLC∶F∶Si薄膜结构和附着特性的调制机理[J]. 吴伟,朱志鹏,张剑东,闵嘉炜,江美福,钱侬. 材料科学与工程学报. 2017(03)
[4]激光沉积大面积均匀类金刚石膜的设计改进及实验[J]. 陆益敏,黄国俊,郭延龙,丁方正,陈霞,韦尚方,米朝伟. 兵工学报. 2017(03)
[5]CrN/DLC复合薄膜的制备及其摩擦学性能研究[J]. 李福球,林松盛,林凯生,陈焕涛. 电镀与涂饰. 2017(01)
[6]非平衡磁控溅射结合电弧离子镀制备掺杂DLC硬质膜性能研究[J]. 于大洋,马胜歌,张以忱,徐路. 中国表面工程. 2006(06)
本文编号：3464372
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