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类金刚石涂层DLC主要性能有哪些

发布时间:2019-06-18

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  1、力学性能

  a.硬度及弹性模量。不同的沉积方法制备的DLC膜硬度及弹性模量差异很大,用磁过滤阴极电弧法可以制备出硬度达到甚至超过金刚石的DLC膜[10],广州有色金属研究院用阴极电弧法制备的DLC膜最高硬度可达50GPa以上,而用离子源结合非平衡磁控溅射法制备的DLC膜硬度达21GPa[11]。膜层内的成分对膜层的硬度有一定的影响, Si、N的掺入可以提高DLC膜的硬度。DLC膜具有较高的弹性模量,虽低于金刚石(110GPa),但明显高于一般金属和陶瓷的弹性模量。

  b.内应力和结合强度。薄膜的内应力和结合强度是决定薄膜的稳定性和使用寿命,影响薄膜性能的两个重要因素,内应力高和结合强度低的DLC膜容易在应用中产生裂纹、褶皱,甚至脱落,所以制备的DLC膜最好具有适中的压应力和较高的结合强度。大部分研究表明,直接在基体上沉积的DLC膜的膜/基结合强度一般比较低,广州有色金属研究院通过采用Ti/TiN/TiCN/TiC中间梯度过渡层的方法提高DLC膜与基体的结合强度,在模具钢上沉积DLC膜的结合强度达44N-74N[12],制备的膜导总体厚度可达5um。

  2、摩擦性能

  DLC膜不仅具有优异的耐磨性,而且具有很低的摩擦系数,一般低于0.2,是一种优异的表面抗磨损改性膜。DLC的摩擦系数随制备工艺的不同和膜中成分的变化而变化,其摩擦系数最低可达0.005[13]。掺杂金属元素可能降低其摩擦系数,但加入H能提高润滑作用,环境也对摩擦系数有一定的影响。但总的来说,DLC膜与传统的硬质薄膜(如上述的TiN、TiC、TiAlN等)相比,在摩擦系数方面具有明显优势,这些传统硬质薄膜的摩擦系数都在0.4以上。因此,DLC膜有可能在许多摩擦学领域替代这些传统硬膜。广州有色金属研究院制备的掺金属DLC膜具有良好的抗摩擦磨损性能及低达0.13-0.15的摩擦系数[14]。

  3、热稳定性

  由于DLC属亚稳态的材料,热稳定性差是限制DLC膜应用的一个重要因素,在300℃以上退火时即出现了sp3键向sp2键转变,为此,人们进行了大量的工作试图提高其热稳定性。有研究发现:Si的加入可以明显改善DLC膜的热稳定性,含20 at%Si的DLC膜在740℃退火时才出现sp3键向sp2键转变[15]。同样,金属(如Ti、W、Cr)的掺入也可提高DLC膜的热稳定性,我们正在对这方面进行研究。

  4、耐腐蚀性

  纯DLC膜具有优异的耐蚀性,各类酸、碱甚至王水都很难侵蚀它。但掺杂有其他元素的DLC膜的耐蚀性有所下降,这是由于掺杂的元素首先被侵蚀,从而破坏了膜的连续性所致。

  5)表面状态

  DLC膜表面一般较光洁,对基材的表面光洁度没有太大的影响,但随着膜厚的增加,表面光洁度会下降。不同的沉积方法所得到的DLC膜表面光洁度也是不同的,广州有色金属研究院采用离子源技术沉积的DLC膜表面质量明显优于电弧离子镀。

  DLC膜具有很好的抗粘结性,特别是对有色金属(如铜、铝、锌等),对塑料、橡胶、陶瓷等也有抗粘结性。

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