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类金刚石(DLC)膜由于具有高硬度、低摩擦系数、耐磨性能好、热传导率高等一系列优越的综合性能,近年来引起了科学界的极大兴趣,特别是在钢上镀DLC膜,具有更大的现实与潜在的价值。可应用在诸如钻头、轴承、模具、医疗器械等领域。其中,薄膜与基底的结合力是DLC膜应用的先决条件。当膜层厚度大于1μm时,首先要解决的是膜和基底的附着力问题。DLC膜的制备方法已有许多种,包括物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两大类。尽管有许多沉积DLC膜的方法,但是不同方法制备的DLC膜的性能不同。脉冲真空电弧离子镀是目前国内外受到高度重视的新型镀膜方法,研究表明它具有设备简单、绕射性好、沉积速率高、沉积面积大、镀层性能稳定的优点。
本文采用磁过滤电弧离子镀和脉冲电弧离子镀两种技术,在不锈钢基底上分别交替镀制TiC和DLC多层混合薄膜,经过反复试验,积累试验数据,并对数据进行优化,找出最佳工艺参数。本研究利用扫描电镜观察TiC和TiC/DLC多层膜表面形貌,发现薄膜表面较均匀。利用XRD分析TiC膜结构,发现使用本试验方法所沉积的TiC膜主要表现在(111)和(220)面的择优取向,并且得到了不同工艺参数对薄膜结构的影响。利用EDX能谱分析TiC膜的成分,得到C/Ti的原子含量比接近1。采用轮廓仪测量TiC膜的粗糙度,其值在7~13nm之间,表面比较光滑。利用XPS分析DLC薄膜中sp3键及sp2键含量,其中sp3键含量79.18%。采用402MVDTV数显显微维氏硬度计测试了薄膜的硬度,得到薄膜本征硬度均大于2000HV的TiC膜和大于3000HV的TiC/DLC多层膜。采用XGY-03摩擦磨损仪测试薄膜的摩擦系数,得到摩擦系数为0.02的TiC/DLC多层膜。用划痕仪测试了膜基底的结合强度,得到结合力较强的TiC/DLC多层膜。用基片曲率法测量薄膜应力,证实了DLC膜的高应力能够在TiC膜中得到很好的释放,从而得到较厚的TiC/DLC多层薄膜,其应力值较小为-0.4795Gpa。结果表明,利用磁过滤电弧离子镀和脉冲电弧离子镀两种技术镀制的TiC/DLC多层类金刚石薄膜具有良好的稳定性和机械特性。