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PVD涂层技术制备类金刚石薄膜及性能研究综述

时间:2017-09-15 21:25:37  来源:桑尧热喷涂网整理  作者:吴雁,李艳峰,张而耕,赵杰

    1650年,R.BoyeR.HookeI.Newton发现如果物体表面上有一层液体薄膜,就会产生彩色的花纹。后来,就不断地出现了各种制备薄膜的方法和技术。1852W.Grove发现了辉光放电溅射沉积薄膜的方法;19世纪末,T.A.Edison用通电导线使材料蒸发,采用物理方法制备薄膜。这些研究人员对薄膜制备做出了巨大贡献,但是早期技术比较落后,得到的薄膜耐用性较差,很大程度上限制了薄膜的发展。随着科技的进步和发展,制备薄膜的真空系统和检测系统有了很大的提高,薄膜的重复性也得到了很大的改善,从此大大加速了薄膜的发展应用。自20世纪70年代以来,薄膜技术水平突飞猛进,在学术研究以及实际生产应用中都取得了很大的成果。

    类金刚石薄膜在生产制备过程中会产生较大的内应力,因而与基体的结合力较差,厚度受到限制,这在很大程度上影响了薄膜的摩擦学性能。为进一步提高DLC薄膜的各项性能,各国学者对其进行了广泛、深入的研究,通过采用掺杂元素、多层薄膜技术、梯度薄膜技术及纳米复合技术等方法,改善DLC薄膜的耐磨性、厚度等综合性能。其中掺杂其他元素可以有效缓解薄膜的内应力,并对薄膜的力学、摩擦磨损及物理化学等性能也有一定的改善作用。在DLC薄膜中掺杂其他元素对其摩擦学性能有很大的影响,通过大量的研究发现,在薄膜中掺入铬元素对提高膜基结合强度有重要意义,很多学者研究了掺铬DLC薄膜的结构、力学性能、电学性能以及单一条件下的摩擦学性能等。此外,大多数机械零部件(如轴承、齿轮等)是在滴油或浸油的润滑条件下进行工作的,作用效果取决于润滑介质和零件表面。目前有学者研究了不同类型的基础油和添加剂对DLC薄膜的影响,而对于掺杂DLC膜中金属元素含量的影响研究较少。

    目前,类金刚石涂层的制备方法推陈出新,一些学者把不同的制备技术结合在一起,发挥每种方法各自不同的优点,互相取长补短,这是一种比较与时俱进又具有创新性的方法,多种技术相结合大大提高了类金刚石涂层的性能。但是,无论采用哪种方法,都会因为内应力的原因对薄膜的厚度有所限制。经过大量的研究发现,在制备涂层的过程中,碳氢元素的比例、压力的大小及离子的轰击能量等因素均对沉积的DLC薄膜有不同程度的影响。此外,涂覆过程的前后处理工序也会对涂层的结构有很大影响,从而改变其性能特征,目前已经有许多的工艺方法被用于涂层的后序处理过程。其中热处理是改变DLC薄膜结构的一种重要工艺方法,经过热处理之后,涂层的热稳定性、残余应力及薄膜的应用均可发生改变。利用激光辐射产生高的强度对局部进行热处理已经被广泛应用于涂层的后处理工艺中,这些处理工艺包括:利用局部的石墨在薄膜内部形成传导线;可以用于形成激光存储的气泡以及对薄膜进行表面抛光处理;利用激光诱导的光电子发射和对光电子反映光谱的实时监控等。这些方法都可以改变薄膜的内部结构,从而改变其性能,目前这方面的研究工作还具有很大的发展空间和实际意义。

 


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