偏压对四面体非晶碳膜结构和性能的影响

作     者：李洪 李玉婷 林松盛 石倩 郭朝乾 苏一凡 代明江 LI Hong;LI Yu-ting;LIN Song-sheng;SHI Qian;GUO Chao-qian;SU Yi-fan;DAI Ming-jiang

作者机构：广东省现代表面工程技术重点实验室现代材料表面工程技术国家工程实验室广东省科学院新材料研究所广州510651 广东工业大学材料与能源学院广州510006 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2021年第50卷第3期

页      面：284-292页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：广东省重点领域研发计划项目(2020B010185001) 广州市重点领域研发计划项目(202007020008) 清远市科技计划项目(2019A002) 广州市科技计划项目(201904010261) 广东省科学院项目(2020GDASYL-20200105004,2018GDASCX-0402,2018GDASCX-0111)。 

主　　题：四面体非晶碳膜 偏压 电弧离子镀 结构 性能 

摘      要：目的通过系统研究电弧离子镀偏压对四面体非晶碳膜(ta-C膜)结构及性能的影响规律,阐明偏压对ta-C膜结构及性能的影响机制,为拓展ta-C膜的应用提供一定的理论依据。方法改变电弧离子镀偏压工艺,在硬质合金基体表面沉积ta-C单层膜。采用场发射扫描电子显微镜(SEM)表征ta-C膜表面及截面显微形貌,采用Raman光谱和X射线电子能谱(XPS)表征ta-C膜物相结构,利用划痕仪测量ta-C膜结合力,采用应力仪测试ta-C膜残余应力,利用压痕试验及纳米硬度计测量ta-C膜韧性及硬度,采用摩擦磨损试验机测试ta-C膜摩擦磨损性能。结果随着偏压升高,ta-C膜表面大尺寸碳颗粒数量逐渐增加,小尺寸碳颗粒由于反溅射作用,其数量逐渐减少;ta-C膜硬度、sp^(3)键含量及残余应力先升高后降低,偏压为−180 V时达到最大;ta-C膜与基体结合力先增加后降低,偏压为−140 V时达到最大;耐磨性表现为先升高、后下降的趋势,偏压为−140 V时,磨损率最低,达1.39×10^(−7)mm^(3)/(N·m)。结论随着偏压升高,ta-C膜沉积到基体表面入射能量升高,表面大颗粒数量逐渐增多,膜层内残余应力增加,硬度升高,耐磨性增加;但随着偏压的继续升高,膜层表面小尺寸颗粒由于反溅射作用逐渐减少,膜层内石墨化程度增加,ta-C膜耐磨性下降。