偏压对四面体非晶碳膜结构和性能的影响

作者：李洪; 李玉婷; 林松盛; 石倩; 郭朝乾; 苏一凡; 代明江

来源：表面技术, 2021, 50(03): 284-292.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.03.030

• 四面体非晶碳膜
• 偏压
• 电弧离子镀
• 结构
• 性能

目的通过系统研究电弧离子镀偏压对四面体非晶碳膜(ta-C膜)结构及性能的影响规律,阐明偏压对ta-C膜结构及性能的影响机制,为拓展ta-C膜的应用提供一定的理论依据。方法改变电弧离子镀偏压工艺,在硬质合金基体表面沉积ta-C单层膜。采用场发射扫描电子显微镜(SEM)表征ta-C膜表面及截面显微形貌,采用Raman光谱和X射线电子能谱(XPS)表征ta-C膜物相结构,利用划痕仪测量ta-C膜结合力,采用应力仪测试ta-C膜残余应力,利用压痕试验及纳米硬度计测量ta-C膜韧性及硬度,采用摩擦磨损试验机测试ta-C膜摩擦磨损性能。结果随着偏压升高,ta-C膜表面大尺寸碳颗粒数量逐渐增加,小尺寸碳颗粒由于反溅射作用,其数量逐渐减少;ta-C膜硬度、sp3键含量及残余应力先升高后降低,偏压为-180 V时达到最大;ta-C膜与基体结合力先增加后降低,偏压为-140 V时达到最大;耐磨性表现为先升高、后下降的趋势,偏压为-140 V时,磨损率最低,达1.39×10-7 mm3/(N·m)。结论随着偏压升高,ta-C膜沉积到基体表面入射能量升高,表面大颗粒数量逐渐增多,膜层内残余应力增加,硬度升高,耐磨性增加;但随着偏压的继续升高,膜层表面小尺寸颗粒由于反溅射作用逐渐减少,膜层内石墨化程度增加,ta-C膜耐磨性下降。

• 单位
  广东工业大学; 广东省现代表面工程技术重点实验室; 广东省科学院