高速钢表面镀覆DLC膜的结构及其摩擦特性研究

H2/CH4流量比对含氢DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响论文关于H2/CH4流量比对含氢DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响论文引言在摩擦材料的设计使用中，兼具高硬度与低摩擦因数的DLC薄膜一直受到科学界及工业界的青睐。

类金刚石膜中的含氢DLC薄膜的摩擦学性能对测试环境特别敏感，其在真空及惰性气体中的摩擦因数小于0.01，磨损率在10-10数量级，且随氢含量的增加而降低。

而在大气环境中其摩擦因数随着环境中湿度的增大而增加，最高可达0.4左右。

石墨化现象普遍发生在类金刚石薄膜的摩擦磨损过程中，其对类金刚石薄膜获得低摩擦因数产生重要影响。

但有研究表明，对于含氢类金刚石薄膜，影响其低摩擦因数的最主要因素并不是摩擦过程中表面的石墨化，而是氢元素。

含氢DLC 薄膜中氢元素分别以C—H结合键以及氢分子的形式存在，由于大量氢原子在碳悬键上的存在，使得薄膜与其他材料的表面亲和力大为降低，从而很大程度上避免了材料因新鲜表面裸露对摩擦副造成的粘着。

随着氢含量的增加，薄膜在真空环境中的摩擦因数明显降低。

1试验1.1DLC薄膜的制备利用等离子体增强化学气相沉积系统制备含氢DLC薄膜。

选用晶面指数为(100)的圆形单晶硅片作为基底，表面粗糙度小于5nm。

样品制备前将硅片经丙酮、乙醇溶液分别超声波清洗20min后取出，再用去离子水冲洗，取出后用干燥氮气吹干后放入真空腔。

关闭真空腔室，抽本底真空至3×10-3Pa，基底加热至100℃。

为清除基底表面的杂质及氧化物，提高基底的活性，改善薄膜与基底的结合力，利用氩离子对样品进行20min的刻蚀清洗。

后调节氩气流量至10mL/min，H2及CH4的流量比分别为0∶1、1∶1、2∶1、3∶1及4∶1，沉积压力保持在45Pa，脉冲偏压400V，脉冲频率100kHz，占空比10%，制备不同氢含量的DLC薄膜。

1.2薄膜测试与评价采用表面轮廓仪测量薄膜厚度、表面粗糙度及磨痕形貌，JSM-5600LV型扫描电镜获取薄膜截面形貌，JobinYvonT6400型拉曼光谱测试仪分析薄膜结构，IFS66v/S红外光谱仪分析薄膜中的C—H基团类型。

GCr15钢-CVDCr_7C_3镀层摩擦副摩擦振动的研究的报告，600字本文旨在探讨GCr15钢-CVDCr7C3镀层摩擦副摩擦振动的研究。

首先，我们解释一下GCr15钢-CVDCr7C3镀层摩擦副。

GCr15钢-CVDCr7C3镀层摩擦副是由如下四种材料制成的: GCr15钢(滑轨)，CVDCr7C3镀层(滑块)，一个橡胶柱塞(缓冲装置)和一块厚度为2~2.5mm的活塞环。

GCr15钢的作用是用来承载永久负载、输送动力和传递热量；CVDCr7C3镀层承受动态负载，并具有抗腐蚀能力；橡胶柱塞的作用是减少钢的振动，降低摩擦力；活塞环的作用是当滑块因振动而产生相对位移时，防止滑块和滑轨之间的松动。

然后，我们介绍GCr15钢-CVDCr7C3镀层摩擦副摩擦振动的实验方法和设备。

实验中，我们使用了一个双柱式摩擦台，横向加载滑块，以测量两个摩擦副之间的振动。

我们将摩擦副安装在双柱式摩擦台上，滑轨与滑块之间的水平接触就形成了摩擦复合结构。

然后，我们使用激光传感器(Laser Senor)测量摩擦复合结构的振动。

摩擦台还可以在0.014m/s～6m/s的范围内调整滑块的行程速度，以获得不同的摩擦特性。

最后，我们介绍了GCr15钢-CVDCr7C3镀层摩擦副摩擦振动的实验结果。

实验结果表明，随着行程速度的增加，摩擦副之间的振动也随之增大。

然而，当行程速度超过4m/s时，振动开始降低。

该结果表明，GCr15钢-CVDCr7C3镀层摩擦副在4m/s行程速度以上的条件下具有较低的振动性能。

综上所述，GCr15钢-CVDCr7C3镀层摩擦副的摩擦振动性能显示良好的可靠性，可以有效增强摩擦副的稳定性。

本研究为类似结构中摩擦振动性能评价提供了重要参考信息，也为今后改善摩擦副的摩擦行为提供了启示。

多弧离子镀DLC涂层的结构与力学性能文献综述1.1多弧离子镀概述1.1.1多弧离子镀概念多弧离子镀与一般的离子镀相比有很大区别。

多弧离子镀采用弧光放电，而不是传统离子镀的辉光放电以进行沉积。

简单说，多弧离子镀的原理就是将阴极靶作蒸发源，通过靶与阳极壳体之间的弧光放电，使靶材蒸发，从而在空间中形成等离子体，对基体进行沉积。

离子镀技术是结合了蒸发与溅射技术而发展的一种 PVD 技术。

它对产品，特别是刃具之类的工具表面起着装饰和提高寿命的作用。

多弧离子镀最早起源于苏联，美国于1980 年由 Multi-arc 公司引进，是上世纪 80 年代兴起的高新表面处理技术，Multi-arc 公司推广并使之实用化，它的发明使薄膜技术进入了一个崭新的阶段。

在随后的几十年的时间里，该技术有了突飞猛进的发展。

至今欧美国家仍然大力发展多弧离子镀膜技术。

[1]1.1.2多弧离子镀的基本结构多弧离子镀的基本组成包括真空镀膜室，阴极弧源，基片，负偏压电源，真空系统等。

阴极弧源是多弧离子镀的核心，它所产生的金属等离子体自动维持阴极和镀膜室之间的弧光放电。

微小狐班在阴极靶面迅速徘徊，狐班的电流密度很大，电压为20V左右。

由于微弧能量密度非常大，狐班发射金属蒸汽流的速度可达到10的8次方m/s.阴极靶本身既是蒸发源，又是离化源。

外加磁场可以改变阴极狐班在靶面的移动速度，并使狐班均匀，细化，以达到阴极靶面的均匀烧蚀，延长靶的使用寿命。

[1]在靶面前方附近形成的金属等离子体，有电子，正离子，液滴和中性金属蒸汽原子组成，由于金属蒸汽原子仅占很小部分（低于百分之二），因而在基片上沉积的粒子束流中几乎全部由粒子和液滴组成。

为了解释这种高度离化的过程，已建立了一种稳态的蒸发离化模型。

该模型认为，由于阴极狐班的能流密度非常大，在阴极的表面上形成微小熔池，这些微小熔池导致阴极靶材的剧烈蒸发。

热发射和场至发射共同导致电子发射，而且电子被阴极表面的强电场加速，以极高的速度飞离阴极表面，在大约一个均匀自由程之后，电子与中性原子碰撞，并使之离化，这个区域称之为离化区。

DLC膜类金刚石膜(Diamond-Like-Carbon，DLC)，是一种非晶碳膜，它具有类似天然金刚石的许多性质，如高硬度、低摩擦系数、高电阻率、良好的光学性能、高化学稳定性等[1,2]。

因此，DLC膜广泛应用于机械、磁记录技术、光电、激光等领域，从20世纪80年代以来一直是薄膜技术领域研究的热点之一。

由于制备方法和采用的碳原子载气相沉积(PVD)制备的。

体不同，生成的DLC 膜中原子的键合方式(有C-H、C- C)及碳原子之间的键合方式(有sp2、sp3等)有所不同，并且各种键合方式的比例不同。

因此DLC膜是范围很大的一类非晶碳膜，为sp2、sp3键共存(石墨为sp2键、金刚石为sp3键)。

根据膜中含氢与否可分为无氢和含氢DLC，即ta-C和ta-C:H。

含氢的类金刚石膜是通过化学气相沉积(CVD)制备的，而不含氢的类金刚石膜是通过物理不同工艺制备的DLC的成分、结构和性能相差较大，一般把硬度超过金刚石硬度20%的绝缘无定型非晶碳膜称为类金刚石膜。

图1是类金刚石的C-H相图[3]，可以看出，只有相图的上半部分才能形成DLC，图中ta-C和ta-C:H的区域即DLC的形成区域，它们均是含sp3键较多的区域。

典型的ta-C:H膜含sp3部分要少于50%，而ta-C膜(即四面体碳ta-C)包含85%甚至更高含量的sp3键。

图1 类金刚石C-H图在直流放电等离子体中，Whitmell和Williamson首次用碳氢气体制备了DLC 膜。

此后，DLC膜已被多种方法制备，它们的主要共同特征都是在粒子轰击的条件下成膜的，荷能离子对膜生长表面的轰击对其sp3键结构的形成起着关键的作用，故又称之为离子碳膜，并记为i-C。

到目前为止，类金刚石膜的制备方法大致可以分为两大类：物理气相沉积法和等离子体辅助化学气相沉积法(PECVD)。

前者包括蒸发镀膜、磁控溅射、离子束镀膜、脉冲激光沉积、激光-离子束沉积、磁过滤真空弧沉积方法等。