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剃须刀片刃口上镀类金刚石膜的实验研究

毛羽宏  
【摘要】:类金刚石膜(DLC)具有许多优异的性能,包括高硬度、高耐磨性、低摩擦系数、热稳定性、红外透光性、高电阻、低介电常数、高疏水性以及生物相容性,使其适合许多领域的应用,因此引起了人们极大兴趣。 本文利用类金刚石膜的高硬度、高耐磨性以及低摩擦系数特性,在6Crl3不锈钢剃须刀片刃口上沉积类金刚石膜,从而达到剃刮舒服、寿命更长的目的。 本文采用射频等离子体增强化学气相沉积(rf-PECVD)技术,以CH4、H2为气源,Ar为工作气体,在6Cr13不锈钢剃须刀片刃口上沉积类金刚石膜。研究了通过改变不同工艺参数来制备DLC膜,重点研究薄膜的结构、性能与入射功率之间的关系。对所制备的薄膜采用拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)等研究手段进行结构、成分分析;采用扫描电镜(SEM)对薄膜的表面形貌进行观察;利用纳米显微硬度计和摩擦磨损实验机对薄膜的机械和摩擦学特性进行研究;利用切割力试验机对刀片刃口进行切割力测试;还对刀片刃口进行剃刮使用寿命测试和耐腐蚀性能测试。 研究结果表明,采用射频等离子体增强化学气相沉积方法,可以在6Cr13不锈钢剃须刀片刃口上沉积出一定厚度的DLC膜。但是由于薄膜与基材之间存在较大的内应力,薄膜牢度较小,极易剥落,且不耐磨。应用磁控溅射技术在6Crl3不锈钢刀片刃口上预先制备Cr过渡层,然后再利用射频等离子体增强化学气相沉积方法,在过渡层上成功地制备了类金刚石膜。XRD检测表明刀片刃口上所沉积的薄膜为非晶态;拉曼光谱、纳米压痕仪及切割力测试表明,刀片上所沉积的薄膜具有典型的类金刚石特征,随着入射功率的增加,薄膜中sp3含量先升高后降低,硬度也是先增大后减小,并在100W时达到最大;扫描电镜表明,刀片表面生长出类金刚石膜;通过摩擦磨损实验发现,沉积有DLC膜的刀片比未沉积的平均摩擦系数要低;通过寿命测试和耐腐蚀性测试表明,刃口沉积有类金刚石膜的剃须刀片比原刃口镀铬的刀片使用寿命提高了近3倍,耐腐蚀性能也有较大提高。


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