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脉冲偏压对钼掺杂DLC薄膜结构及性能的影响

脉冲偏压对钼掺杂DLC薄膜结构及性能的影响

摘要：类金刚石（Diamondlikecarbon，DLC）薄膜具有高硬度、低摩擦、低磨损率的优异性能，广泛应用于机械、电子、生物医学等领域，但由于沉积过程中产生的残余应力大、摩擦学性能对环境敏感等问题，在实际应用中容易脱落，导致工件损坏，制约了DLC薄膜的应用^[1-3]。在DLC薄膜中掺杂金属元素，能够调节薄膜微观结构、成分和sp³杂化键含量，可有效地降低薄膜残余应力，提高膜基结合力并改善摩擦学性能^[4]。研究表明，不同制备方法和工艺参数对金属掺杂DLC（Me-DLC）薄膜的结构和性能具有决定性作用，尤其衬底偏压显著影响入射离子能量和离化率，进而对制备的DLC薄膜的碳结构、残余应力和力学性能产生影响^[5-6]。本研究拟在M2高速钢表面利用非平衡磁控溅射技术改变脉冲偏压制备不同结构的钼掺杂DLC（Mo-DLC）薄膜。分别采用表面轮廓仪、扫描电镜、拉曼光谱及电子探针分析薄膜的表面粗糙度、断面形貌、薄膜结构及成分，采用纳米压痕仪测试薄膜的纳米硬度、弹性模量，采用球盘摩擦磨损试验机测试薄膜在大气环境中的摩擦学性能。结果表明:脉冲偏压显著影响Mo-DLC薄膜的微观形貌，残余应力，力学及摩擦学性能；随着偏压的增大，Mo-DLC薄膜的纳米硬度，表面粗糙度，摩擦因数及磨损率都得到了显著改善。

关键词：类金刚薄膜；金属掺杂；脉冲偏压；微观结构；摩擦学性能