Ti/Al过渡层对共掺杂类金刚石薄膜性能的影响

作者：周永; 孔翠翠; 李晓伟^*; 孙丽丽; 郭鹏; 周佳; 李玉宏; 李文献; 汪爱英; 柯培玲

来源：表面技术, 2019, 48(01): 268-275.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.035

• 类金刚石薄膜
• Ti-Al共掺杂
• 过渡层
• 结合力
• 残余应力
• 机械性能

目的研究Ti/Al过渡层对不同溅射电流下的Ti/Al共掺杂DLC薄膜的成分、结构、机械性能和结合力的影响。方法采用线性离子束复合磁控溅射技术在316L基底上沉积含有Ti/Al过渡层的Ti/Al共掺杂DLC薄膜,利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、高分辨透射电镜(HRTEM)及共聚焦激光拉曼光谱仪分析了薄膜的界面形貌及键态结构。采用辉光放电光谱仪对样品成分进行深度分析,纳米压痕仪测量薄膜硬度及弹性模量,划痕测试系统测量膜基结合力,残余应力仪测量薄膜内应力。结果与未添加过渡层相比,添加Ti/Al过渡层对薄膜的结构和机械性能影响较小,且均在溅射电流为2.5 A时有最优的机械性能;然而,溅射电流为2.5 A时,添加过渡层使结合力从54.5 N提高到了67.2 N,提高了19%,残余应力从1.28 GPa降低到了0.25 GPa,降低了80%。结论 Ti/Al过渡层可缓解因DLC薄膜和基体的晶格匹配差异和膨胀系数不同而导致的高界面应力。在薄膜与基底界面,过渡层呈现典型柱状晶结构,可促进膜基界面间的机械互锁,显著改善薄膜与基体之间的结合力而不损伤其机械性能。

• 单位
  中国科学院; 中国科学院宁波材料技术与工程研究所; 酒泉职业技术学院; 上海大学