弧电流对电弧离子镀沉积超硬ta-C薄膜结构与性能的影响

作者：王明磊; 程玮杰; 林国强^*

来源：稀有金属材料与工程, 2022, 51(08): 3095-3102.

• 电弧离子镀
• 弧电流
• ta-C薄膜
• 力学性能
• 摩擦性能

用电弧离子镀设备,以获得超硬四面体非晶ta-C薄膜为目的,通过改变弧电流(30～90 A),在硬质合金基体上制备了5组类金刚石(DLC)薄膜,主要考察弧电流对薄膜结构、性能以及获得超硬ta-C薄膜的影响规律。采用SEM、Raman、XPS、纳米压痕以及摩擦磨损仪分别表征了薄膜的形貌、结构、力学性能以及摩擦性能。结果表明:当弧电流为30A时,薄膜表面最为平整致密、大颗粒数量最少,Raman谱的ID/IG值最小为0.87、sp3键含量最大为64%,薄膜的硬度和弹性模量最大,分别为56.7和721.1 GPa、弹性恢复系数高达58.9%,且薄膜的摩擦系数最小为0.073,表明此时获得了具有优异综合性能的超硬ta-C薄膜;但随着弧电流的增加,薄膜表面变得疏松多孔、表面大颗粒增多,ID/IG增大、sp3键含量减小,薄膜的硬度H和弹性模量E逐渐减小,薄膜的摩擦系数也逐渐增大、耐摩擦性能大大降低,此时薄膜又归于呈现普通的性能一般的DLC薄膜特征。分析表明,在选择优化的离子能量前提下,若用本实验的电弧离子镀技术制备性能优异的超硬四面体非晶ta-C薄膜,需控制薄膜在较小的离子通量和大颗粒数量下沉积生长,为此需选择较小的弧电流。

• 单位
  大连理工大学