银掺杂对类金刚石薄膜微观结构及摩擦学性能的影响

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1、国内图书分类号：TB3密级：公开国际图书分类号：T13.4,T22西南交通大学研究生学位论文银掺杂对类金刚石薄膜微观结构及摩擦学性能的影响年级二○一五级姓名张永振申请学位级别工程硕士专业生物医学工程指导老师冷永祥教授二○一八年五月ClassifiedIndex:TB3U.D.C:T13.4,T22SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisEFFECTOFSILVERDOPINGONMICROSTRUCTUREANDTRIBOLOGICALPROPERTIESOFDIAMOND-LIKEC

2、ARBONFILMSGrade:2015Candidate:YongzhenZhangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:BiomedicalEngineeringSupervisor:Prof.YongxiangLengMay,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数

3、据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密□，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1.采用高功率脉冲磁控溅射技术，研究了Ar流量对DLC薄膜结构与性能的影响。2.采用高功率脉冲磁控溅射技术，研究了Ar流量对Ag-DLC薄膜结构与性能的影响，并评价了Ag-DLC薄膜在空气介质中的耐磨性。3.采用高功率脉冲磁控溅射技术，

4、调节Ar/C2H2比例对DLC薄膜和Ag-DLC薄膜结构与性能以及Ag-DLC薄膜中Ag含量的影响，评价了DLC薄膜和Ag-DLC薄膜在空气介质中的耐磨性。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要类金刚石碳薄膜（DLC）因为具有良好的耐磨性

5、、化学惰性和生物相容性，被认为是最具有发展前景的人工关节表面改性材料。然而，较大的残余应力会引起薄膜服役过程中膜基结合失效，从而导致关节植入体的功能失效。DLC薄膜掺杂非碳化物金属元素可以有效地降低薄膜残余应力，提高膜基结合力。而银掺杂DLC（Ag-DLC）薄膜由于其良好的生物相容性和抗菌性，在人工关节表面改性方面具有巨大的应用前景。本论文首先采用高功率脉冲磁控溅射（HPPMS）技术，在Ar/C2H2气氛中，通过调节Ar流量，对DLC薄膜的微观结构进行调控，进而优化DLC薄膜的力学性能。进一步地，通过在石墨靶上镶嵌Ag棒，采用Ag镶嵌

6、石墨靶制备了Ag-DLC薄膜。通过检测靶材电压电流以及发射光谱对靶材放电特性进行分析，并对薄膜的微观结构和力学性能进行了评价。最后，通过摩擦磨损试验对比了DLC薄膜和Ag-DLC薄膜的耐磨性能，探究了DLC薄膜和Ag-DLC薄膜的不同摩擦机理。研究结果表明：（1）调节Ar流量制备DLC薄膜发现，随着Ar流量的增加，DLC薄膜沉积速率和表面粗糙度的降低，且DLC薄膜的压应力和硬度增加。（2）调节Ar气流量制备Ag-DLC薄膜时发现，随着Ar气流量的增加，Ag-DLC薄膜沉积速率逐渐降低，而各样品之间的显微硬度和耐磨性无明显差异。当Ar气

7、流量超过20sccm时，薄膜出现一定程度的石墨化，应力逐渐降低。当C2H2流量为5sccm时，仅仅调节Ar气流量不能改变靶材中毒程度，Ag-DLC薄膜中Ag的含量基本保持不变（50at.%左右）。（3）调节Ar/C2H2相对比例制备DLC和Ag-DLC薄膜发现，随着C2H2比例的增加，DLC薄膜和Ag-DLC薄膜的沉积速率增加，薄膜中sp3杂化的C-C键的含量降低，薄膜应力和硬度降低。而Ag-DLC薄膜中的Ag含量，随着C2H2比例的增加而逐渐降低。在空气介质中的摩擦实验结果表明，相对低含量的Ag掺杂显著提高了DLC薄膜的耐磨性。Ag

8、-DLC薄膜的磨损率随着Ag含量的增加而降低，其中2.99at.%Ag的Ag-DLC薄膜磨损率最低为7×10-17m3/N.m。Ag-DLC薄膜磨痕处及Al2O3磨斑处发现了具有减磨作用的富Ag“棒状物磨屑”。关键词：高