基体负偏压对掺Cu类金刚石薄膜摩擦学性能的影响

发布时间：2025-02-06 17:59

　　 采用直流磁控溅射镀膜技术以304不锈钢为基体在不同基底负偏压(0、100V、150V、200V和250V)下制备掺杂铜的纳米结构类金刚石薄膜(Cu-DLC)。利用能谱分析仪和X射线衍射分析仪分析薄膜成分和物相结构。采用球盘旋转式摩擦磨损试验机考察薄膜的摩擦学性能,再以三维超景深显微镜对磨痕的形貌进行分析。结果表明:在304不锈钢基底上成功制备了一系列Cu-DLC薄膜,无负偏压时,薄膜掺铜量较低,摩擦学性能较差;加负偏压后,薄膜掺铜量升高,但随着负偏压的增大,掺铜量逐渐减少;Cu元素的掺杂可有效地降低薄膜的摩擦系数,所制备的薄膜均有较低的摩擦系数,均在0.1以下,实现了低摩擦;基底负偏压影响薄膜的元素掺杂量及薄膜摩擦学性能,负偏压为100V时,薄膜的掺铜量最高,薄膜的摩擦学性能最优,此时摩擦系数为0.0669,磨损率最小,为9.87×10-5 mm3/(N·m)。

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【部分图文】：

图1 不同负偏压下Cu-DLC薄膜中Cu原子含量百分比的EDS能谱图

不同基底负偏压下所制备薄膜中Cu原子含量百分比的EDS能谱图见图1。由图可见，在负偏压为0、100V、150V、200V和250V时所制备薄膜的Cu原子含量百分比分别为19.98%、21.60%、20.92%、20.31%和19.29%。在无偏压时，Cu含量较低；在100V的负偏....

图2 不同负偏压下制备的5组Cu-DLC薄膜的XRD谱图

图2为不同负偏压下制备的5组Cu-DLC薄膜的XRD谱图。由图可知，5组薄膜中均在2θ为43.3°出现衍射峰Cu(111),50.4°有衍射峰Cu(200）出现，74.1°有衍射峰Cu(220）出现，无掺杂的DLC薄膜中只有典型的非晶碳峰，证明薄膜中成功掺杂了金属Cu。当负偏压为....

图3 不同负偏压下Cu-DLC薄膜摩擦系数随时间变化的曲线图

2.2薄膜摩擦行为分析不同负偏压（0、100V、150V、200V和250V）下Cu-DLC薄膜摩擦系数随时间变化的曲线见图3。图4为不同偏压下Cu-DLC薄膜的平均摩擦系数变化趋势图。由图可见，所制备的5组Cu-DLC薄膜都实现了低摩擦，对应的平均摩擦系数分别为0.0769、....

图5 不同负偏压下制备的Cu-DLC薄膜经过摩擦磨损实验后5组磨痕的3D超景深显微图

图6为不同负偏压下Cu-DLC薄膜的磨损率柱状图。由图可知，负偏压为100V时所制备的薄膜的磨损率最小，为9.87×10-5mm3/（N·m）。其余4组薄膜的磨损率均与其相差一个数量级，在10-4数量级。这也与上述分析结果一致，负偏压为100V时所制薄膜具有最优的摩擦性能，所以....

本文编号：4030686