類金剛石涂層（DLC）優(yōu)良的物理和化學(xué)性能,包括高硬度、低磨損率及良好的化學(xué)惰性,使其得到了極大地關(guān)注和廣泛的應(yīng)用。由于DLC涂層內(nèi)部的應(yīng)力較高,導(dǎo)致涂層與基材表面的結(jié)合力較低,無法在基材表面沉積較厚的DLC涂層,其推廣使用受到了極大的限制。本論文采用磁控濺射和陰極電弧兩種技術(shù)在硬質(zhì)合金基體表面制備Ti-DLC涂層和Si-DLC涂層,通過改變?cè)氐膿诫s比例,獲得不同摻雜比例的Ti-DLC涂層和Si-DLC涂層,采用掃描電鏡（SEM）、洛氏硬度壓痕儀等手段對(duì)DLC涂層的微觀形貌、厚度、結(jié)合力以及內(nèi)應(yīng)力等涂層性能進(jìn)行表征。在沉積Ti-DLC涂層時(shí)發(fā)現(xiàn),隨著鈦靶的濺射功率不斷增加,涂層中Ti元素的含量將得到提高,涂層的硬度及應(yīng)力總體呈下降趨勢(shì),而涂層厚度和膜基結(jié)合強(qiáng)度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。當(dāng)Ti=8.5 at.%時(shí),膜基結(jié)合情況優(yōu)異,涂層應(yīng)力由無摻雜時(shí)的4.5Gpa降至2.1Gpa,同時(shí)涂層還保持了高硬度等其他優(yōu)良性能;而分析Si-DLC涂層的性能時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)Si=3.5 at.%時(shí),其應(yīng)力從最高時(shí)的4.8Gpa降至3Gpa,并且涂層保持了良好的綜合性能。經(jīng)上述分析得到,當(dāng)Ti=8.5 at.%時(shí),D... 

【文章來源】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)上海市

【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

sp2、sp3和H成分組成的三元相圖

上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文第3頁(yè)刀具的抗粘黏和耐磨損性能[16-31]，具體的應(yīng)用情況如圖1.2至圖1.4所示。在DLC涂層的工業(yè)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，涂層內(nèi)部存在較大的內(nèi)應(yīng)力，加之工件對(duì)涂層產(chǎn)品的沖擊作用，工件表面的涂層極易剝落，這種現(xiàn)象加速了零配件之間及刀具與工件間的磨損，減少了零配件和刀具的使用壽命。為改善上述問題及促進(jìn)DLC涂層更廣泛的應(yīng)用，需要沉積更厚、附著力更高的DLC涂層，因此必須解決DLC涂層應(yīng)力高、膜基結(jié)合力差等問題。（a）汽車柱塞（b）汽車門鎖部件(a)Automotivepiston(b)Automobiledoorlockunit圖1.2汽車零部件Fig.1.2Automobilepart圖1.3人工骨骼及關(guān)節(jié)Fig.1.3artificialbonesandjoints（a）普通刀具(a)Universalcutter

上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文第4頁(yè)（b）微型刀具(b)Microcuttingtools圖1.4各類切削刀具Fig.1.4Variouscuttingtools1.3元素?fù)诫s對(duì)DLC涂層綜合性能的影響涂層的綜合性能主要包括其力學(xué)性能、摩擦學(xué)性能及切削加工性能等，性能優(yōu)劣關(guān)系著涂層的使用效果及壽命，其內(nèi)應(yīng)力和膜基結(jié)合強(qiáng)度作為影響涂層使用性能及壽命的關(guān)鍵因素，因此降低內(nèi)應(yīng)力和提高膜基結(jié)合強(qiáng)度是目前研究DLC涂層的重點(diǎn)。雖然涂層內(nèi)部應(yīng)力是由涂層形成機(jī)理決定的，屬于DLC涂層和基材試樣的固有性質(zhì)，但是采取合理措施可有效降低內(nèi)應(yīng)力，這些措施主要包括對(duì)涂層沉積完全的試樣進(jìn)行退火、在涂層制備過程中加入異族元素、在試樣表面制備多層膜以及在制備過程中對(duì)基體施加偏壓等方法。對(duì)sp3-C/sp2-C比值較高的DLC涂層在真空或惰性氣體中進(jìn)行去應(yīng)力退火，雖然可得到應(yīng)力較低的涂層，但是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大部分的基底材料無法承受一般的退火溫度（500-600℃），當(dāng)退火溫度過高時(shí)基底材料性能會(huì)顯著下降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生基體變形，影響了涂層產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用，因此這種方法具有一定局限性和針對(duì)性。通過對(duì)基體施加偏壓來改變C+能量，進(jìn)而控制DLC涂層內(nèi)部sp3-C與sp2-C比值的方法，可使涂層內(nèi)部應(yīng)力釋放。當(dāng)C+能量達(dá)到100eV時(shí)，涂層中的sp3-C所占比例最高[32-33]。因此合理的控制偏壓大小，使C+能量大于（或小于）100ev，就可以降低薄膜中sp3-C的含量，從而達(dá)到降低涂層內(nèi)應(yīng)力的目的，但此方法也存在一定弊端，即對(duì)基體施加偏壓，會(huì)導(dǎo)致涂層硬度降低，同時(shí)DLC涂層表面的粗糙度也有所升高，表面粗糙度的升高會(huì)導(dǎo)致涂層摩擦系數(shù)增大，從而加劇了涂層產(chǎn)品與對(duì)磨工件間的摩擦磨損。通過上述介紹得知，采用退火和施加偏壓的方法雖能有效的降低涂層應(yīng)力和提高膜基結(jié)合強(qiáng)度，但這兩種?

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碩士論文
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本文編號(hào)：3507311