不锈钢表面掺硅类金刚石膜的制备、结构及性能

【摘要】：类金刚石膜具备许多优异的性能,包括高耐磨性、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。通常类金刚石薄膜与金属基体的结合力差并存在较高的内应力,导致薄膜容易从金属基体表面剥落,因此该问题是今后研究中有待进一步解决的问题。 本文采用微波-ECR等离子体增强化学气相沉积和等离子体增强非平衡磁控溅射两种工艺同步进行,选用CH_4和Ar为源气体,硅靶为溅射源,在硅片和不锈钢表面制备含硅类金刚石薄膜。 通过XPS分析了薄膜的成分;Raman光谱和FTIR光谱表征了薄膜的键结构。AFM和光学显微镜研究了薄膜的形貌。分别通过纳米压痕仪、接触角测量装置、交流阻抗法测试了薄膜的硬度和模量,接触角以及耐腐蚀性能。 通过拉曼光谱测试说明沉积的薄膜为非晶结构,且完全符合DLC膜的典型特征,随着硅靶的溅射偏压增大,ID/IG逐渐增大,G峰峰位向高波数移动,拉曼光谱变得更加对称且变窄,表明sp~3碳含量增大。硅元素的掺入改善了薄膜的内应力,同时硬度从17.34GPa降至13.44GPa。薄膜的XPS及FT-IR测试表明,薄膜中不仅含有C,H,Si元素,还存在一部分O元素,主要以Si-O-C,Si-OH的形式存在。AFM表明在类金刚石薄膜中掺入一定量的硅元素,有利于改善薄膜的表面粗糙度。镀膜后的不锈钢表面表现中度疏水,同时由于类金刚石薄膜的较高化学惰性,该薄膜通过有效的隔离作用,提高了不锈钢的耐腐蚀性能。