C2H2流速及Ti/TiN/ TiCN夹层对PVD/PECVD复合法沉积DLC薄膜的影响

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摘要:采用物理气相沉积(PVD)/等离子体增强化学气相沉积(PECVD)混合工艺,以40-100 sccm的C2H2流速为辅助阳极层离子源,在316L不锈钢表面沉积类金刚石(DLC)薄膜,以提高a-C:H薄膜的力学性能和摩擦学性能。采用透射电子显微镜(TEM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、拉曼光谱(Raman spectroscopy)、x射线光电子能谱(XPS)、纳米压痕和球盘摩擦摩擦学对薄膜进行了表征。采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)沉积Ti/TiN/TiCN夹层后,合金的硬度、摩擦学性能和界面结合性能显著提高。结果表明:a-C:H薄膜均匀致密,当C2H2流速为40 ~ 80 sccm时,sp3 C含量增加,当流速为100 sccm时,sp3 C含量降低;在80 sccm C2H2条件下制备的a-C:H薄膜硬度最高(27.2±0.5 GPa), H/ E (0.137), H3/E2(0.510)。此外,摩擦磨损试验表明,Ti/TiN/ TiCN层的加入提高了a-C:H薄膜的耐磨性,在80 sccm C2H2条件下实现了最低的摩擦系数(CoF, 0.148)、最低的磨损率(1.08 × 10−9 mm3·N−1·mm−1)和最低的磨损轨道宽度(177 μm)。