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《机械科学研究总院》 2006年
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低温气相沉积薄膜及其摩擦学性能研究

白秀琴  
【摘要】:工艺性能良好、摩擦学特性满足工程应用实际需求的低温气相沉积工艺的研究,为低温回火材料及聚合物等温度敏感材料零部件的表面改性提供了一种新的和有效的技术解决方案,对于开发无污染环保型表面改性处理技术意义重大。论文针对低温回火材料及聚合物材料本身不耐磨,要求处理温度低的特点,成功地开发出采用低温磁控溅射技术在140℃以下沉积性能优良的TiN薄膜的技术,推导出了磁控溅射的基体温度计算模型;采用碳离子束注入辅助蒸发矿物油的方法在120℃低温沉积了DLC薄膜;同时在低温磁控溅射物理气相沉积技术的基础上,联合磁控溅射、化学镀及电镀技术制备出用于聚合物零部件表面金属铠装处理的低温Cu/Cu/Ni复合薄膜,并研制出适合全方位沉积薄膜的专用旋转磁控溅射镀膜装置。 研究表明,磁控溅射薄膜沉积过程中,离子刻蚀、负偏压、溅射靶的磁场性能、氮气流量、中间过渡层、基体表面粗糙度、离子刻蚀、基体硬度等工艺参数明显影响着基体温度、薄膜表面形貌、硬度、色泽、结合强度以及摩擦学性能。合理科学地控制工艺参数,可以在降低处理温度的同时,使TiN薄膜的摩擦学性能得到改善。 经过能谱分析、纳米硬度测定、摩擦学试验验证,本文所开发的低温磁控溅射技术沉积的低温TiN薄膜具有典型的TiN特征,比常规方法制备的TiN薄膜摩擦学性能优越,是适用于低回火温度材料的理想的摩擦学涂层。 研究发现,影响磁控溅射基体温度的主要外部因素为离子轰击、溅射粒子的能量以及基体向外的热对流,根据本文的磁控溅射基体温度计算模型计算的结果与实测结果吻合较好,为实际应用中预测磁控溅射条件下基体的温度、确定溅射沉积工艺参数提供依据。 试验证明,碳离子束注入辅助蒸发矿物油所沉积的薄膜为典型的含氢DLC薄膜,摩擦学性能优良,润滑条件下与UHMWPE配副时,摩擦副的摩擦学性能受到对偶表面粗糙度、润湿性的影响,总体摩擦系数较低、耐磨损性能良好,摩擦表面光滑,是一种性能优良的、适用于机械零部件表面改性的低温DLC薄膜沉积技术。 所开发的Cu/Cu/Ni低温复合薄膜技术实现了环氧树脂基聚合物零部件表面的低温金
【学位授予单位】:机械科学研究总院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TB383.2

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