遲滯氧化型非Cr組元摻雜非晶碳膜的制備及性能研究.pdf

1、通過向Cr-GLC薄膜工作層引入遲滯氧化型組元摻雜，所獲C-Cr-X膜因X相(X=強氧化物形成元素Al、Si或碳化物形成元素Mo、W)對C、O擴散結合的阻滯作用，已被前期研究證實可在維持減摩耐磨性前提下，將GLC薄膜的服役溫度由約300℃提高到400℃以上。為澄清此兩類非Cr摻雜相形態(tài)的演變規(guī)律，建立對其比例及尺度的調控能力，本文設計制備了不同體積分數C-x二元膜，通過對其成分結構的表征，驗證了模擬設計，澄清了體積分數對工作層內X摻雜相

2、形態(tài)演變的影響規(guī)律。在此基礎上，選取Mo、Al代替Cr沉積打底層/過渡層，在工作層內通過互補摻雜制備出具有不同體積分數雙遲滯氧化機制摻雜相的C-Mo-Si和C-Al-W三元非晶碳膜，通過對其在350、400、450℃熱氧化處理1小時前后結構性能的表征，對無Cr雙互補遲滯氧化機制復合摻雜非晶碳膜的性能水平進行了評定，初步揭示了利用非Cr遲滯氧化型組元代替Cr形成梯度復合結構及實現雙互補遲滯氧化作用的效果和存在的問題。
　　研究結果表

3、明：模擬制各的C-X二元膜工作層內X相體積含量與模擬設計值間誤差在可接受程度以內，其中Mo、W、Al、Si作為X相時其誤差分別為：2.7～4 vol.％、0.38～8.13vol.％、3.13～7.78 vol.％和8.1-11.96 vol.％，證實所提出的濺射產額模型可實現對X相摻雜比例的有效控制。體積分數由8 vol.％增至16 vol.％時，Mo、W摻雜相由更小尺寸演變?yōu)橹睆郊s5 nm島狀納米晶，其形態(tài)由彌散“nc-Me/a-C

4、”鑲嵌結構轉為斷續(xù)層狀特征。而Al、Si摻雜相則在8-25 vol.％含量區(qū)間內均以數nm尺度彌散納米晶/團簇形式存在于非晶碳基體上，薄膜整體表現非晶衍射特征。各種X相體積分數在小于25 vol.％條件下均未形成連續(xù)致密納米多層結構。
　　以Mo、Al代替Cr形成打底/過渡結合層的兩種三元非晶碳膜結合強度均較Cr-GLC膜有一定程度下降，但其保持結構完整的熱氧化處理溫度則明顯提高，C-Mo-Si在350℃以下溫度熱氧化處理后結構保

5、持完整，C-Al-W薄膜則可保持到400℃，顯示兩類非Cr互補共摻薄膜的抗氧化溫度相對Cr-GLC均有提高。C-Mo-Si薄膜整體摩擦系數在0.2～0.3間，載荷10 N時400℃以下處理后其體積比磨損率在1.06～7.93×10-15m3/Nm范圍內；C-Al-W薄膜則在滑動時間600 s內摩擦系數由0.2升至0.4，顯示其摩擦特性相對Cr-GLC變差。熱氧化處理對兩種三元膜物相成分無明顯影響，薄膜仍保持整體非晶特征。以上結果表明，雙