钛掺杂含量对掺钛类金刚石薄膜在边界润滑条件下摩擦学性能的影响

摘要

利用阳极层离子源辅助磁控溅射技术在316L不锈钢上制备了不同钛掺杂含量的类金刚石薄膜(Ti-DLC).采用白光干涉仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)考察了五种钛掺杂含量Ti-DLC薄膜的化学组成和微观结构.采用SRV摩擦磨损试验机在边界润滑条件下进行摩擦磨损实验.实验结果表明,在较低Ti掺杂含量(0％～0.68％) Ti-DLC薄膜中,掺杂的钛元素以单质形式固溶在碳基质中,当钛含量达到5.81％时,薄膜内sp2-C含量继续降低,而sp3-C含量有所增加,并有大量硬质颗粒TiC和TiO2形成,这是导致5.81％Ti-DLC薄膜硬度和弹性模量比低钛掺杂含量Ti-DLC有所提高的原因;低Ti掺杂含量(0％～0.68％)Ti-DLC薄膜在油润滑条件下具有较为优异的摩擦学性能,尤其是0.68％Ti-DLC,获得最小摩擦系数0.103,这是由于钛原子分散在碳基质中,对薄膜起到了固溶强化的作用,而钛含量达到5.81％时,由于有硬质颗粒TiC和TiO2的存在,Ti-DLC薄膜的摩擦、磨损程度均明显加剧,导致摩擦学性能变差.