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磁控溅射类石墨镀层的微观组织及结合机制的研究

作　者: 尹清军
导　师: 蒋百灵；张国君
学　校: 西安理工大学
专　业: 材料学
关键词: 类石墨镀层微观组织界面结构结合机制
分类号: TG174
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文采用非平衡磁控溅射离子镀技术制备了具有Cr／Cr（C）／C（Cr）复合多层结构的类石墨（GLC）镀层，使用SEM、HRTEM、XRD方法对其微观组织、相组成，以及在不同材料基体上沉积镀层的膜基界面状态进行了观察与分析，使用显微硬度计、划痕仪和针盘试验机对其硬度、结合强度、摩擦系数和比磨损率进行了测定。分析结果表明：所获镀层依次由Cr底层、Cr（C）过渡层和C（Cr）类石墨工作层构成，对应的微观组织分别为Cr柱状晶、内嵌Cr纳米晶粒的C非晶和Cr成分高度分散的C非晶，其中过渡层的非晶化程度沿生长方向逐渐增加，工作层组织致密并按岛状模式生长。基体材料不同时，膜基界面状态变化明显，以单晶Si、Mg、Cu作为基体时，可分别获得类似非晶的界面层、有少量Cr原子注入基体的凹凸不平的界面层和伪扩散界面层。性能测定结果显示：所获镀层的硬度高达2660HV，结合强度高于59N，摩擦系数低于0.1，且随载荷增加而降低，不同载荷下比磨损率均在6.0x10^-17m³（Nm）^-1以下。基于上述实验结果，分析了镀层与M2高速钢基体的结合机制，讨论了镀层微观组织与界面结构对其性能影响的本质原因。结果表明：所获镀层与M2基体具有良好结合的主要机制为，在Cr底层与M2基体间有伪扩散界面层形成，且Cr元素可在界面局部高温区发生扩散，导致界面处膜基材料间发生金属键合作用；同时二者的热膨胀系数差较小，共同保证了镀层与基体有良好的协同抗变形能力。类石墨工作层的非晶结构及该层内的纳米尺度的周期性层状结构是镀层具有高硬度的主要原因；镀层具有低摩擦系数则应归因于磨损过程中层内具有“乱层”结构特征的片状石墨发生重新取向，转到最有利于接触面滑动进行的方向而导致滑动阻力减小；而镀层的高硬度、高结合强度和低摩擦系数的共同作用是其具有低比磨损率的主要原因。

磁控溅射类石墨镀层的微观组织及结合机制的研究

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