石墨脉冲阴极弧放电及ta-C涂层制备研究

发布时间：2023-04-11 00:36

　　ta-C涂层具有众多卓越的性能,其超高的硬度和化学稳定性在精密加工和汽车等行业都产生了巨大的经济效益。由于ta-C涂层与高速钢具有较大的机械性能差异,并且其涂层具有较大的本征内应力,导致了涂层具有较差的膜基结合性能。PVD制备ta-C涂层过程中碳的离化率较低,导致了ta-C涂层沉积速率较低并且性能较差。本文为提高ta-C涂层的结合性能,设计了支撑层结构;为提高涂层沉积速率和性能,使用脉冲弧技术提高沉积过程中等离子体的离化率。本文使用自行研制的脉冲电源,通过改变脉冲频率、脉冲宽度、脉冲端平均电流和脉冲峰值电流和气压等参数研究了石墨脉冲阴极弧放电特性和光谱特性。本文设计了Cr/ta-C梯度结构,利用脉冲阴极弧技术在M2高速钢和单晶Si片上制备ta-C涂层。通过改变沉积工艺参数研究了脉冲峰值电流、沉积时间、基体倍转模式对涂层沉积速率,表面大颗粒,膜基结合力,涂层结构,纳米硬度和摩擦磨损性能的影响。放电测试结果表明,保持脉冲端和直流端平均电流不变,脉宽不变,随着频率的增大,基体电流不断减小,C+/Ar+值不断减小;保持脉冲端和直流端平均电流不变,频率不变,随着脉宽的增大,基体电流不断减小,C+...

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 真空阴极弧技术
        1.2.1 真空阴极弧镀膜原理
        1.2.2 磁过滤阴极弧技术
        1.2.3 脉冲阴极弧放电技术
    1.3 ta-C涂层结构、应用及研究进展
        1.3.1 ta-C的结构
        1.3.2 ta-C涂层应用
        1.3.3 ta-C 涂层研究进展
    1.4 本文主要研究内容
第2章 实验设备与研究方法
    2.1 实验设备及实验材料准备
        2.1.1 实验设备
        2.1.2 实验材料
        2.1.3 试样准备
    2.2 实验方法
        2.2.1 脉冲阴极弧放电特性及等离子体光谱测试
        2.2.2 ta-C涂层制备
    2.3 分析测试方法
        2.3.1 扫描电子显微镜
        2.3.2 Raman光谱
        2.3.3 膜基结合强度测试
        2.3.4 涂层纳米硬度测试
        2.3.5 摩擦磨损
第3章 石墨脉冲阴极弧放电特性的研究
    3.1 调节频率改变峰值电流对放电特性的影响
    3.2 调节脉宽改变峰值电流对放电特性的影响
    3.3 峰值电流不变时脉宽和频率对放电特性的影响
    3.4 脉冲端平均电流对放电特性的影响
    3.5 峰值电流不变的情况下改变脉冲平均电流对放电特性的影响
    3.6 本章小结
第4章 石墨脉冲阴极弧光谱特性的研究
    4.1 调节脉宽改变峰值电流对等离子体光谱的影响
    4.2 调节频率改变峰值电流对等离子体光谱的影响
    4.3 峰值电流不变时脉宽和频率对等离子体光谱的影响
    4.4 脉冲端平均电流对等离子体光谱的影响
    4.5 峰值电流不变的情况下改变脉冲平均电流对光谱的影响
    4.6 本章小结
第5章 石墨脉冲阴极弧制备ta-C涂层结构性能研究
    5.1 ta-C涂层工艺的探索
    5.2 ta-C表面形貌和截面形貌分析
        5.2.1 不同沉积时间ta-C表面形貌和截面形貌分析
        5.2.2 不同峰值电流ta-C表面形貌和截面形貌分析
        5.2.3 不同倍转模式ta-C表面形貌和截面形貌分析
    5.3 ta-C膜基结合强度研究
        5.3.1 不同沉积时间的膜基结合强度
        5.3.2 倍转模式下的膜基结合强度
        5.3.3 不同脉冲峰值电流的膜基结合强度
    5.4 ta-C涂层Raman光谱分析
        5.4.1 不同脉冲峰值电流Raman光谱分析
        5.4.2 不同倍转模式Raman光谱分析
    5.5 ta-C涂层纳米硬压痕分析
        5.5.1 不同脉冲峰值电流纳米压痕
        5.5.2 不同倍转模式纳米压痕
    5.6 涂层摩擦磨损性能研究
        5.6.1 峰值电流对ta-C涂层摩擦性能高影响
        5.6.2 倍转模式对ta-C涂层摩擦学性能影响
    5.7 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3789008