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ta-C涂层具有众多卓越的性能,其超高的硬度和化学稳定性在精密加工和汽车等行业都产生了巨大的经济效益。由于ta-C涂层与高速钢具有较大的机械性能差异,并且其涂层具有较大的本征内应力,导致了涂层具有较差的膜基结合性能。PVD制备ta-C涂层过程中碳的离化率较低,导致了ta-C涂层沉积速率较低并且性能较差。本文为提高ta-C涂层的结合性能,设计了支撑层结构;为提高涂层沉积速率和性能,使用脉冲弧技术提高沉积过程中等离子体的离化率。本文使用自行研制的脉冲电源,通过改变脉冲频率、脉冲宽度、脉冲端平均电流和脉冲峰值电流和气压等参数研究了石墨脉冲阴极弧放电特性和光谱特性。本文设计了Cr/ta-C梯度结构,利用脉冲阴极弧技术在M2高速钢和单晶Si片上制备ta-C涂层。通过改变沉积工艺参数研究了脉冲峰值电流、沉积时间、基体倍转模式对涂层沉积速率,表面大颗粒,膜基结合力,涂层结构,纳米硬度和摩擦磨损性能的影响。放电测试结果表明,保持脉冲端和直流端平均电流不变,脉宽不变,随着频率的增大,基体电流不断减小,C+/Ar+值不断减小;保持脉冲端和直流端平均电流不变,频率不变,随着脉宽的增大,基体电流不断减小,C+/Ar+值先减小后增加;保持脉冲端和直流端平均电流不变,峰值电流不变,基体电流在低气压下随脉宽增加而增加,高气压下随脉宽增加减小,C+/Ar+值随着脉宽的增加而增加。保持平均输出电流不变,脉宽和频率不变的情况下,随着脉冲端平均电流的增大,基体电流不断增大,C+/Ar+增大。保持平均输出电流,峰值电流和脉宽不变的情况下,随着脉冲端平均电流的增大基体电流不断增大,C+/Ar+值增大。基体电流随着气压的升高而降低,C+/Ar+随着气压的升高而降低。ta-C涂层结构和性能分析表明,随着沉积时间的增加涂层结合力变差,通过改进过渡层的工艺可以大幅度的增加涂层的结合力。涂层厚度随着峰值电流的增加先增加后减小,在200A时达到最大值。涂层sp3键含量和硬度随着峰值电流的增大先增加后减小,在300A时到达最大值57GPa。一倍转,二倍转,三倍转工艺沉积涂层的厚度比例为1.54:1.16:1,二倍转工艺获得最大sp3含量和最大硬度值。