氩气流量对非晶碳膜结构及力学和摩擦学性能的影响

摘要

目的提升9Cr18不锈钢表面的耐磨损性能。方法在不同氩气流量条件下,采用激光引弧磁过滤阴极电弧离子镀制备非晶碳膜。利用拉曼光谱、X射线光电子能谱仪(XPS)和原子力显微镜(AFM)表征薄膜的微观结构和化学态。利用薄膜综合性能测试仪和大气球-盘摩擦试验机,测试薄膜的力学性能和摩擦学性能。结果拉曼光谱分析表明,随着氩气流量从0m L/min增大到80m L/min,I_(D)/I_(G)值从0.62逐渐增大到2.84,而G峰的半高宽随着氩气流量的增大而降低。XPS分析表明,随着氩气流量的增加,薄膜中sp^(3)杂化键含量逐渐降低,氩气流量为0 mL/min时,sp^(3)杂化键的原子数分数为55.1%,氩气流量为80 mL/min时,sp^(3)杂化键的原子数分数降低至31.0%。氩气流量为0 mL/min时,制备的薄膜硬度和弹性模量最大,分别为46.4GPa和380.5GPa。不同氩气流量制备的薄膜,其摩擦系数为0.1~0.2,薄膜的磨损率随着氩气流量的增加而增大。结论氩气流量对非晶碳膜的耐磨性能具有显著的影响,氩气流量为0 mL/min时,所制备的薄膜的磨损率为3.8×10^(–17)m^(3)/(m·N),相较氩气流量为80 mL/min时所制备薄膜的磨损率(1.1×10^(–16)m^(3)/(m·N))降低了1个数量级,说明其具有优异的耐磨损性能。