石墨靶电流对磁控溅射类石墨镀层结构与性能的影响

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为研究石墨靶电流对类石墨镀层结构与性能的影响规律,本文采用磁控溅射技术在不同的石墨靶电流下制备了类石墨镀层,采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射仪、X-射线光电子能谱仪、激光拉曼分析仪对镀层组织结构进行了观察和分析,用四点探针测试仪测量了类石墨镀层的电阻率,并使用球痕仪、显微硬度计、划痕仪、针盘试验机检测了镀层的厚度、硬度、膜基结合和摩擦磨损性能。实验结果表明,类石墨镀层表面是典型的岛团状聚集态,随着石墨靶电流的增大,镀层表面岛尺寸变大、高度增加,镀层表面粗糙度随之增大;SEM与TEM分析显示本实验制备的类石墨镀层是一种成分梯度分布的复合梯度镀层,基体往上镀层大致划分为Cr底层、过渡层与碳层三层,其中Cr底层是以典型的柱状晶方式生长,从Cr底层往上过渡层中碳含量逐渐增加,其内部存在Cr的纳米晶,碳层以非晶结构为主,靶电流较小时碳层存在Cr的富集区域,靶电流增大镀层的非晶程度提高而且Cr开始弥散分布到碳层中;不同靶电流下镀层的电阻率(Ω/m)在10-5到10-7数量级,说明类石墨镀层的导电性良好,表面碳层中是以sp2键为主,靶电流增大碳层sp3/sp2比例先增加后减小。随着石墨靶电流从0.5A增大到2.5A,镀层的厚度与沉积速率线性增大,镀层的本征硬度先增大后减小,在Ic=1.5A处本征硬度有最大值;划痕实验显示在靶电流较小时镀层容易划到基体,不能承受较大载荷,靶电流较大时轨迹内出现层片状剥落,在石墨靶电流为1.5A时镀层有最佳的结合性能;不同载荷下类石墨镀层的摩擦系数随着石墨靶电流的增大而增加;镀层的比磨损率随靶电流的增大呈现先略有减小而后增大的变化趋势。
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