关键词:
a-C:H涂层
微观结构
力学性能
摩擦
磨损
摘要:
a-C:H涂层因具有高硬度、低摩擦系数及良好的化学惰性等性能,使其作为表面防护材料具有广泛的应用前景,而涂层中的H含量和sp^(2)C/sp^(3)C比值是影响其力学及摩擦学性能的重要因素.本研究中采用非平衡磁控溅射技术在9Cr18钢表面制备了a-C:H涂层,对比研究了前驱体组成对不同结构含H碳膜的氢含量、微观结构、力学性能和摩擦学性能的影响.结果表明:增大C_(2)H_(2)/Ar流量比,涂层的生长率及H含量逐渐增大,但致密性降低.由于涂层中C-H键及致密性的变化,a-C:H涂层的硬度和弹性模量随C_(2)H_(2)/Ar流量比的增大而逐渐减小,但结合强度却先增大后降低.当C_(2)H_(2)/Ar流量比低于4:3时,涂层表现出良好的减摩耐磨性能,当C_(2)H_(2)/Ar流量比高于4:3时,涂层的摩擦系数和磨损率出现了急增的现象.总体而言,a-C:H涂层的摩擦系数和磨损率随C_(2)H_(2)/Ar流量比的增加呈现先增大后降低的趋势.由于H原子的钝化作用及涂层力学性能的变化,使a-C:H涂层的磨损机制由磨粒磨损和黏着磨损变为磨粒磨损.当C_(2)H_(2)/Ar流量比为1:1时,a-C:H涂层具有最低的摩擦系数(约为0.1)和磨损率[8.0×10^(-8) mm^(3)/(N·m)],表现出最佳的力学及摩擦学性能,这种性能的变化与涂层中的H含量和sp^(2)C/sp^(3)C比密切相关.