不同沉积方法制备的DLC涂层的硬度和弹性模量差异很大。用磁过滤阴极电弧法可以制备硬度达到或超过金刚石的类金刚石薄膜。阴极电弧法制备的DLC涂层的最高硬度可达50GPa以上,而离子源结合非平衡磁控溅射法制备的DLC涂层的硬度可达21GPa。膜层中的成分对膜层的硬度有一定的影响。硅和氮的加入可以提高类金刚石薄膜的硬度。DLC涂层具有较高的弹性模量,低于金刚石(110GPa),但明显高于普通金属和陶瓷。
内应力和粘合强度。薄膜的内应力和结合强度是决定薄膜稳定性和使用寿命以及影响薄膜性能的两个重要因素。高内应力、低结合强度的DLC涂层在应用中容易产生裂纹、皱纹甚至脱落。因此,制备的DLC涂层优选具有适中的压应力和较高的结合强度。大多数研究表明,直接沉积在基底上的类金刚石薄膜的薄膜/基底结合强度通常相对较低。采用钛/锡/TiCN/碳化钛中间梯度过渡层的方法,提高了DLC涂层与基体的结合强度。沉积在模具钢上的DLC涂层的结合强度达到44N-74N,制备的薄膜总厚度可达5um。
DLC涂层不仅具有优异的耐磨性,而且具有很低的摩擦系数,一般低于0.2,是一种优异的表面抗磨改性膜。DLC涂层的摩擦系数随制备工艺和膜的组成而变化,摩擦系数低至0.005。掺杂金属元素可以降低摩擦系数,但添加氢可以提高润滑效果,而且环境对摩擦系数也有一定的影响。然而,一般来说,DLC涂层在摩擦系数方面比传统的硬质薄膜(如氮化钛、碳化钛、氮化钛等)有明显的优势。),这些传统硬质薄膜的摩擦系数在0.4以上。因此,DLC涂层有可能在许多摩擦学领域取代这些传统的硬质薄膜。
由于DLC是一种亚稳态材料,热稳定性差是限制类金刚石薄膜应用的一个重要因素。当退火温度高于300时,sp3键转变为sp2键。因此,人们做了大量的工作来提高其热稳定性。一些研究发现,硅的加入可以明显提高类DLC涂层的热稳定性。只有当含20 at%Si的DLC涂层在740退火时,sp3键转变为sp2键。同样,添加金属(如钛、钨、铬)也可以提高类金刚石薄膜的热稳定性,我们目前正在研究这方面的问题。
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