【摘 要】
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金属掺杂是降低类金刚石薄膜(DLC)内应力、提高其机械性能的一种有效方法.通常,金属掺杂类金刚石薄膜(Me-DLC)为均匀的纳米复合结构,但在一定条件下,会形成特殊的自组织分层
【机 构】
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上海大学材料科学与工程学院 上海200072中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室 宁波315201;中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技
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金属掺杂是降低类金刚石薄膜(DLC)内应力、提高其机械性能的一种有效方法.通常,金属掺杂类金刚石薄膜(Me-DLC)为均匀的纳米复合结构,但在一定条件下,会形成特殊的自组织分层结构.为了研究不同金属掺杂种类对自组织分层结构和薄膜性能的影响,本文筛选了两种典型的掺杂金属元素Cu和Cr,采用磁控溅射与阳极层离子源复合系统制备了Cu-DLC和Cr-DLC薄膜,同时使用等离子体发射光谱仪检测了沉积过程中金属粒子密度变化;通过能谱仪、辉光放电光谱仪、透射电镜、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪等表征了薄膜成分和微结构;采用纳米压痕仪与摩擦磨损试验机考察了薄膜的力学和摩擦学性能.结果表明,在靶中毒模式下,溅射出的金属粒子密度逐渐降低,导致薄膜形成了自组织梯度分层结构,即膜基界面处为富金属层,表面为富碳层,沿膜基界面到表面金属含量从13％(原子比)以上逐渐降低至1％以下.Cu-DLC和Cr-DLC薄膜相似的表面碳键结构和力学性能,并且在干摩擦以及油润滑条件下分别表现出相似的摩擦学行为.以上研究表明自组织梯度分层结构的形成降低了金属种类对Me-DLC薄膜结构和性能的影响.
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