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《哈尔滨工业大学》 2006年
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低摩擦系数DLC膜的制备及摩擦性能的研究

牟魁峰  
【摘要】: 本课题采用等离子体浸没离子注入与沉积(PIIID)技术,利用不同幅值的脉冲偏压和频率制备出具有复合结构的DLC膜层,通过在反应气体中加入氢气的方法制备出在氮气气氛下具有低摩擦系数的掺氢DLC薄膜,通过加入氮气的方式制备出具有较低内应力的掺氮DLC薄膜。 利用Raman光谱证明膜层为DLC膜层;利用傅立叶红外光谱和XPS对膜层进行结构分析;利用摩擦磨损试验机对摩擦系数进行测定;利用SEM和显微硬度计进行表面形貌观察和硬度测试。 内应力对DLC膜的各项性能特别是机械性能有着极为重要的意义,大多数膜层的破坏是由于薄膜的内应力过大及膜基结合力不足而导致的,本文通过利用不同偏压和脉冲频率构造简单的复合处理强化多层膜的结构来缓释内应力,提高膜基结合力。注入偏压和沉积偏压分别为-30kV和-3kV时得到的注入层和沉积层的摩擦性能最好,而由它们共同构成的复合层的效果要远远优于单一的注入层和沉积层,从而大幅度提高膜层的摩擦学性能。 通过改变通入的乙炔和氢气的比例,制备出膜层中不同含氢量的DLC膜。在本实验条件下,随着反应气体中氢气比例的增加,膜层中氢的含量随之降低。所制备的低氢膜层在在大气中具有比高氢膜层优异的摩擦性能。但是在氮气测试气氛下,结果则于大气气氛下相反,高氢膜层的摩擦系数达到0.05。氢含量对薄膜硬度的影响不明显,氢含量的增加导致膜层的内应力增大,进而使膜基结合力降低。 为了有效的降低膜中的内应力,提高膜与基体的结合力,本实验通过掺杂的方式制备掺氮DLC膜,随着反应气体中氮气比例的增加,膜中的含氮量逐渐增加,内应力降低,膜基结合力增强,硬度降低。在大气条件下,含氮量大的膜层的摩擦系数较高。在本实验中,内应力及膜基结合力并不是影响摩擦系数的主要原因,硬度对摩擦系数的影响较大。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TG174.445

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