无氢类金刚石薄膜的制备及其摩擦学性能研究

摘要

采用实验室高真空多功能沉积设备通过离子束溅射(ionbeamsputteringdeposition，IBSD)、离子束辅助沉积(ionbeamassisteddeposition，IBAD)、等离子体浸没注入与沉积(plasmaimmersionionimplantationanddeposition，PIII&D)等气相沉积方法的功能复合，在Ti6Al4V合金上沉积了类金刚石碳(Diamond-likecarbon，简称DLC)膜。同时研究了沉积参数对DLC薄膜结构、摩擦学性能和腐蚀行为的影响。 1.离子束溅射法DLC膜的制备及其性能表征采用离子束溅射方法，较低温度下在Ti6A14V合金基底上沉积了DLC薄膜，重点考察了直流叠加脉冲共生偏压大小对薄膜形貌、结构和摩擦学性能的影响。制备薄膜为菲晶碳膜，薄膜表面粗糙度随施加迭加偏压增大有先减小后增大趋势，而膜中sp3含量变化趋势则与之相反。在选定的实验条件下，-100V偏压时所制备的薄膜在空气环境及Hank’s溶液润滑下都具有比较优异的摩擦学性能。 2.SiNx/DLC复合膜的制备及其摩擦学性能研究通过高能离子注入与沉积技术与离子束溅射沉积技术的复合，在单晶硅基片上及T16A14V合金基底上制备了表面分布有大量粒径均一的球状纳米颗粒的复合薄膜(SiNx/DLC)。结构及性能表征表明，薄膜为非晶碳膜，具有类金刚石薄膜的结构特征。薄膜摩擦学性能测试结果表明SiNx/DLC膜具有低的摩擦因数及较长的耐磨寿命。 3.(C/C)n多层碳膜的制备及其摩擦学行为研究采用离子束溅射(IBSD)与离子束辅助沉积(IBAD)工艺在钛合金基底上制备了单层碳膜及(C/C)n(n=2，4，6)多层DLC膜，重点考察了薄膜结构及性能随碳膜层数的变化。多层碳膜表面均匀致密，缺陷较少，摩擦学性能明显优于单层薄膜；在层数考察范围内，碳膜层数对薄膜结构影响不明显，随层数增加薄膜在空气环境下的耐磨寿命明显增加。同时，动电位极化测试表明，经薄膜保护的钛合金基底的耐腐蚀性能明显得到提高。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

§1.1 DLC薄膜的组成、分类和结构

§1.2 DLC薄膜的制备方法

§1.2.1物理气相沉积法(Physical vapour deposition)

§1.2.2化学气相沉积法(Chemical vapour deposition)

§1.3 DLC薄膜的性能及应用

§1.3.1机械领域[45-47]

§1.3.2光学和电子学领域

§1.3.3航空航天领域

§1.3.4生物医学领域

§1.4选题依据及研究背景

§1.4.1选题依据

§1.4.2研究内容

参考文献

第二章离子束溅射法DLC膜的制备及其性能表征

§2.1引言

§2.2薄膜沉积

§2.3薄膜性能表征

§2.4结果与讨论

§2.4.1薄膜微观结构及形貌

§2.4.2薄膜摩擦学性能考察

§2.4.3薄膜电化学腐蚀性能测试

§2.5 本章小结

参考文献

第三章复合DLC膜的制备及其摩擦学性能、腐蚀行为研究

§引言

第一节SiNx／DLC膜的制备及其摩擦学性能研究

§3.1 SiNx／DLC复合膜的制备

§3.2性能检测

§3.3结果与讨论

§3.4本节小结

第二节(C／C)n多层软硬交替碳膜的制备及其摩擦学行为研究

§3.1实验部分

§3.2结果与讨论

§3.3本节小结

参考文献

第四章结束语

§4.1主要结论

§4.2问题与展望

硕士期间完成的论文

致谢