选择性键合金属-类金刚石复合薄膜的性能研究

发布时间：2018-09-11 19:58

【摘要】：目的研究具有选择性键合作用的掺杂金属元素(Cu、Al、Ti)对类金刚石(DLC)薄膜的结构和摩擦学性能的影响。方法以高纯石墨及其与金属复合靶作为靶材,采用离子源镀膜技术分别在n-型(100)单晶硅片和抛光304不锈钢片基体上制备金属-DLC复合膜。采用514.6 nm氩离子激发源的Raman光谱仪,对金属-DLC复合薄膜进行拉曼光谱分析。采用努氏硬度计和表面轮廓仪测量计算薄膜的硬度和残余应力。采用原子力显微镜(AFM)观察DLC薄膜的表面形貌和结构。使用球-盘滑动磨损试验机对DLC复合薄膜进行摩擦学性能分析。结果类金刚石薄膜中掺入不同金属元素掺杂后,摩擦系数保持相对稳定,但磨损率存在较大差异。无掺杂DLC膜中的sp~3键含量最高,薄膜硬度高,残余应力大,在摩擦过程中易脱落。Ti-DLC金属复合膜的表面质量最好,结构致密,残余应力释放的同时保持较高的硬度,测得其磨损率最低,为0.13×10~(-15) m~3/nm。结论通过在DLC膜中掺杂不同键合能力的金属元素能够调控DLC薄膜的微观结构,改善薄膜的力学性能(硬度、残余应力),提高薄膜的抗磨损性能。薄膜的摩擦学性能与薄膜的微观结构与金属掺杂元素的存在形态有关。
[Abstract]:Aim to investigate the effect of doped metallic elements (Cu,Al,Ti) with selective bond cooperation on the structure and tribological properties of diamond-like carbon (DLC) films. Methods Metallic DLC composite films were prepared on n- (100) single crystal silicon substrates and polished 304 stainless steel substrates by ion source plating with high purity graphite and its composite target with metal. A 514.6 nm Raman spectrometer was used to analyze the Raman spectra of metal DLC composite films. The hardness and residual stress of the film were measured by Knoop hardness meter and surface profilometer. The surface morphology and structure of DLC films were observed by atomic force microscope (AFM) (AFM). The tribological properties of DLC composite films were analyzed by ball-disc sliding wear tester. Results the friction coefficient of diamond-like carbon films was relatively stable after doping with different metallic elements, but the wear rate was different. The content of sp~3 bond in the undoped DLC film is the highest, the hardness of the film is high, the residual stress is large, the surface quality of the Ti-DLC metal composite film is the best, the structure is compact, the residual stress is released and the hardness is high. The wear rate was the lowest, 0.13 脳 10 ~ (-15) mm ~ (-15) 路nm ~ (-1). Conclusion by doping metal elements with different bonding ability in DLC films, the microstructure of DLC films can be regulated, the mechanical properties (hardness, residual stress) of the films can be improved, and the wear resistance of the films can be improved. The tribological properties of the films are related to the microstructure of the films and the existence of metal doped elements.
【作者单位】： 太原理工大学;
【基金】：国家自然科学基金(51502193) 山西省重点研发计划和应用基础项目(201603D421035&201601D021057)~~
【分类号】：TG174.4

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本文编号：2237709