制冷机活塞材料表面改性的分析——不锈钢上制备DLC膜的分析

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1、depositionisexcellent．thecontentofsp3is70．85％．thefilmsthicknessisevenandgoodsurfaceappearance．Moreover，adhesionwasimprovedremarkablybyaddingaTiorTiNinterlayerbetweenDLCfilmsandstainless．KeyWords：pulsedarc；DLCfilms；3Crl3stainlesssteel；mechanicalcharacteristic；transferlayer；1绪论1。1课题研究的背景及意义目

2、前，摩擦消耗了世界上一次能源的30．50％，磨损是导致材料和设备报废的主要因素之一。针对这种情况，人们普遍加强材料表面改性及其摩擦学的研究，以期望节省能源和材料【1J。应中国电子科技集团公司第十一研究所的要求，在3Crl3不锈钢制冷机活塞上沉积类金刚石薄膜来提高活塞的耐磨性，延长活塞的使用寿命。不锈钢由于其良好的耐蚀性而被广泛的用于工业生产和日常生活中。例如马氏体不锈钢常作为制作轴承、机壳、齿轮、轴等部件的材料，用于航空航天工业上；但是，由于不锈钢的强度和硬度较低，直接影响其耐磨性和使用寿命。3Crl3不锈钢在制冷机活塞中服役时，需在微重力、潮湿等条件下长期工作，对其耐磨、

3、耐高温腐蚀、抗疲劳等要求较高。但由于不锈钢自身的缺陷使得这种材料制备的活塞的使用寿命较短，因此，为保证机械的工作可靠性和使用寿命，我们采用在不锈钢上沉积类金刚石薄膜来实现固体润滑，保证活塞的工作的可靠性和使用寿命。类金刚石碳膜(diamond．1ikecarbonfilm,简称DLC膜)具有高硬度、低摩擦系数、耐腐蚀性等特性，因而近年来受到广泛研究和开发利用【2卅。尽管DLC膜有许多优异的特性(例如高硬度、高的电阻系数、以及化学不活泼性等)，但是由于它与基底之间的黏结性较差导致DLC膜难于用于实际。已经有许多实验引进过渡层来改善二者的结合强度。NOBUYUKI等通过实验得到

4、TiC与不锈钢之间的结合主要是依靠Ci／Cti比例。当二者的比列在1．0．3．5时，DLC膜与TiC之间的结合强度会随Ci／Cti比例的增加而增加，主要是由于TiC+C中单独的C与DLC膜单独的C容易以共价键结合15]。但是，由于生长过程中产生的高应力及其与基体材料之间的结合力较差，DI．,C膜目前在摩擦学方面的实际应用仍很有限。为了解决这一问题，宜采用多层膜。目前，人们对采用物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)等方法制备的多层膜体系的结构和摩擦学性能，已做了大量工作，从中发现了DLC基多层膜体系具有很低的摩擦系数和较低的磨损率。脉冲真空电弧离子镀(Pulsedv

5、acuumarciondeposition)技术具有独特的优点面在材料表面改性方面可发挥巨大作用。特点有：设备简单、绕射性好、沉积速率高、沉积面积大、镀层性能稳定等优点【6]。西安工业大学硕士学位论文为了实现不锈钢表面的固体润滑，提高不锈钢表面的耐磨性，本文采用脉冲真空电弧离子镀在不锈钢基体上制备了Ti仍LC以及TjN巾LC多层膜以改善DLc膜和基底之间的结合力，提高基体表面的承载能力，最终实现延长制冷机活塞的使用寿命。此外还利用非平衡磁控溅射法在不锈钢基底上沉积啊／DLc膜系来比较两种方法的优略。1．1．1国内不锈钢上沉积DLc膜的研究状况(1)郑昌琼等人已在钛及不锈钢上

6、用射频辉光放电等离子体化学气相沉积法(RF--PCVD)制备了109m的DLc膜，除机械性、耐蚀性满足要求外，生物相容性比不锈钢、钛明显改变。他们还利用等离子体源离子注入．离子束增强沉积技术(PsII--mED)在基体上制备了优良的DLc膜，他们先在不锈钢上沉积非晶硅，然后连续改变沉积条件，使沉积层从富硅逐渐变为富碳，最后在表面沉积DIc膜，这样可以一步改善膜／基结合强度。满足了人工机械心脏瓣膜的要求V】。(2)目前，西安工业学院周顺利用脉冲真空电弧离子镀在3Crl3不锈钢上沉积类金刚石薄膜来对类金刚石薄膜的结构和力学性能进行研究。通过R咖柚光谱分析了膜的结构特征，采用摩擦

7、磨损实验机测试了薄膜在不同载荷下的摩擦系数，运用划痕仪研究了膜基结合强度，结果表明：所镀制的薄膜具有典型类金刚石结构特征，膜中IrdIG为1．33；摩擦系数随着载荷的增大而减小，载荷为5N，转速为120I_／m时的摩擦系数为0．02；啊过渡层的引入显著的提高了DLc膜与3Crl3不锈钢基底的结合力。DLc膜的厚度达到0．5um，使用寿命600小时【8】。1．1．2不锈钢上沉积DLC膜的国外研究状况(1)不锈钢高频手术刀在使用时易于肌肉粘连并在电加热作用下发出难闻的臭味。美国的ART公司针对不锈钢生物相容性差，生理环