224 / 2022-09-21 11:23:33

偏压对DLC膜层耐磨性影响研究

偏压调控； 碳基涂层；膜层组织结构；耐磨性能

材料表面的摩擦性能研究向来是全球的热点，每年全世界约30%的一次能源因为摩擦被消耗，约60%的机器零部件因为摩损而失效，约50%的机械装备恶性事故起源于润滑失效和过度磨损。为了降低摩擦磨损带来的损失，润滑油和减磨涂层的制备能有效的保护产生摩擦磨损的器件。减磨涂层的一个主要分支是碳基薄膜，类金刚石碳基薄膜（diamond-like Carbon, DLC）因其特殊的SP²和SP³组合结构，具有了不同硬度、韧性及耐磨性能。SP²和SP³两种杂化键的比例和膜层的内应力对薄膜的硬度和韧性、耐磨性能等具有决定作用。

研究过程中，选取使用最普遍最广泛的不锈钢为基材，研究偏压电源幅值和频率对DLC膜层的结构性能影响。采用压痕法测试膜层的韧性，通过XPS分析C-C键结合能的强峰，通过SP²和SP³杂化键面积比估算比值。再结合RAMAN和红外光谱分析DLC膜的结构特征。分峰拟合得到单晶石墨的G峰和微晶石墨的D峰，得出薄膜中SP²和SP³杂化键的间接信息。通过红外吸收谱的吸收带分峰，分析膜层中所含的化学键和特性。通过球盘法表征不同结构DLC膜层的摩擦磨损性能，研究分析DLC膜层微观结构和韧性及耐磨性能之间的规律关系。研究表明，偏压及其工作频率对膜层的硬度及韧性影响显著，当偏压在2400V，频率为100HZ时，制备的DLC膜硬度20GPa，弹性模量140GPa，膜层韧性好，20N载荷下行程磨损率W_m/S小于6×10^-5mg/m，在不锈钢材质表面制备的膜层结合性能良好，可以应用于有减磨需求的对磨幅表面，降低摩擦力和磨损率，提高服役性能延长服役寿命。