硅掺杂无氢非晶碳膜的HiPIMS/DCMS共沉积制备及其高温摩擦学性能

摘要

采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)和直流磁控溅射(DCMS)共沉积技术制备了不同硅原子含量的无氢Si-DLC薄膜,利用高温摩擦试验机对比考察了不同Si原子含量的Si-DLC(硅掺杂类金刚石)薄膜在25~500℃下的摩擦学性能,并通过Raman及XPS等测试方法分析了Si原子含量对薄膜微观结构的影响以及摩擦前后薄膜化学组成和结构变化.探讨了Si-DLC在高温下的摩擦磨损机理.结果表明:Si-DLC薄膜呈现出致密的非晶结构.随着Si原子含量的增加,薄膜中sp3-C的含量增加.掺入的Si形成C-Si-O与C-Si-C键.Si-C键的形成使薄膜的内应力降低,薄膜的膜基结合力增加.摩擦测试表明:室温下,转移膜的形成有助于降低Si-DLC薄膜的摩擦系数.高温下,Si-C键增加了薄膜的高温稳定性,摩擦区域部分Si-C键氧化为Si-O-C键,使薄膜的摩擦系数与磨损率同时降低.