遲滯氧化型非Cr組元摻雜非晶碳膜的制備及性能研究.pdf

1、通過向Cr-GLC薄膜工作層引入遲滯氧化型組元摻雜，所獲C-Cr-X膜因X相(X=強(qiáng)氧化物形成元素Al、Si或碳化物形成元素Mo、W)對(duì)C、O擴(kuò)散結(jié)合的阻滯作用，已被前期研究證實(shí)可在維持減摩耐磨性前提下，將GLC薄膜的服役溫度由約300℃提高到400℃以上。為澄清此兩類非Cr摻雜相形態(tài)的演變規(guī)律，建立對(duì)其比例及尺度的調(diào)控能力，本文設(shè)計(jì)制備了不同體積分?jǐn)?shù)C-x二元膜，通過對(duì)其成分結(jié)構(gòu)的表征，驗(yàn)證了模擬設(shè)計(jì)，澄清了體積分?jǐn)?shù)對(duì)工作層內(nèi)X摻雜相

2、形態(tài)演變的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，選取Mo、Al代替Cr沉積打底層/過渡層，在工作層內(nèi)通過互補(bǔ)摻雜制備出具有不同體積分?jǐn)?shù)雙遲滯氧化機(jī)制摻雜相的C-Mo-Si和C-Al-W三元非晶碳膜，通過對(duì)其在350、400、450℃熱氧化處理1小時(shí)前后結(jié)構(gòu)性能的表征，對(duì)無Cr雙互補(bǔ)遲滯氧化機(jī)制復(fù)合摻雜非晶碳膜的性能水平進(jìn)行了評(píng)定，初步揭示了利用非Cr遲滯氧化型組元代替Cr形成梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)雙互補(bǔ)遲滯氧化作用的效果和存在的問題。
　　研究結(jié)果表

3、明：模擬制各的C-X二元膜工作層內(nèi)X相體積含量與模擬設(shè)計(jì)值間誤差在可接受程度以內(nèi)，其中Mo、W、Al、Si作為X相時(shí)其誤差分別為：2.7～4 vol.％、0.38～8.13vol.％、3.13～7.78 vol.％和8.1-11.96 vol.％，證實(shí)所提出的濺射產(chǎn)額模型可實(shí)現(xiàn)對(duì)X相摻雜比例的有效控制。體積分?jǐn)?shù)由8 vol.％增至16 vol.％時(shí)，Mo、W摻雜相由更小尺寸演變?yōu)橹睆郊s5 nm島狀納米晶，其形態(tài)由彌散“nc-Me/a-C

4、”鑲嵌結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為斷續(xù)層狀特征。而Al、Si摻雜相則在8-25 vol.％含量區(qū)間內(nèi)均以數(shù)nm尺度彌散納米晶/團(tuán)簇形式存在于非晶碳基體上，薄膜整體表現(xiàn)非晶衍射特征。各種X相體積分?jǐn)?shù)在小于25 vol.％條件下均未形成連續(xù)致密納米多層結(jié)構(gòu)。
　　以Mo、Al代替Cr形成打底/過渡結(jié)合層的兩種三元非晶碳膜結(jié)合強(qiáng)度均較Cr-GLC膜有一定程度下降，但其保持結(jié)構(gòu)完整的熱氧化處理溫度則明顯提高，C-Mo-Si在350℃以下溫度熱氧化處理后結(jié)構(gòu)保

5、持完整，C-Al-W薄膜則可保持到400℃，顯示兩類非Cr互補(bǔ)共摻薄膜的抗氧化溫度相對(duì)Cr-GLC均有提高。C-Mo-Si薄膜整體摩擦系數(shù)在0.2～0.3間，載荷10 N時(shí)400℃以下處理后其體積比磨損率在1.06～7.93×10-15m3/Nm范圍內(nèi)；C-Al-W薄膜則在滑動(dòng)時(shí)間600 s內(nèi)摩擦系數(shù)由0.2升至0.4，顯示其摩擦特性相對(duì)Cr-GLC變差。熱氧化處理對(duì)兩種三元膜物相成分無明顯影響，薄膜仍保持整體非晶特征。以上結(jié)果表明，雙