C_C多层类金刚石薄膜的热稳定性研究(3)

类金刚石薄膜

的Knoop复合硬度。由于基体材料硬度较低,为了尽量减小基体对薄膜复合硬度的贡献,采用5g载荷,保载15s。硬度值取10次测量的平均值。由图可见镀多层膜后基体表面的硬度得到了明显的改善,退火处理后多层膜的硬度有所下降,但下降的幅度很小,表明薄膜在本文的退火温度范围内稳定性较好。这与薄膜的结构分析结果相一致,非晶碳薄膜的硬度与其sp3键含量呈线性关系,退火处理后薄膜的sp3键含量有小幅度下降,因此薄膜的硬度亦会呈现小幅度下降。由此看来,退火处理过程中多层膜的多层结构有效地限制了薄膜复合硬度的下

降。

有降低,sp2键含量略有升高,因此摩擦系数随着退火温度的升高而略有增加。图5为退火处理前后薄膜的磨痕形貌,可见退火前磨痕窄且浅,退火后磨痕有不同程度的增宽,但是磨痕深度依然非常浅,表明退火后其磨损率有一点升高,这与其硬度的小幅下降有关,硬度降低后,对磨球与薄膜之间的接触面积增大,因此磨痕增宽,磨损率加大。由磨痕形貌可知薄膜在磨损15万转后依然保持完整。具体的磨痕宽度见表2。文献[12]的结果亦证明250e退火处理后多层膜的磨损率比起退火前稍有升高,但数值依然很低(10mm#Nm)。表明退火处理对多层膜的摩擦学性能影响很小,多层结构有效限制了薄

膜机械性能的下降。

-8

3

-1

图3 退火处理前后多层膜的摩擦系数

图2 0Cr19Ni9基体及多层膜退火处理前后的显微硬度Fig.2 TheKnoopmicrohardnessof0Cr19Ni9andthemultilay2

erfilmsbeforeandafterannealingatdifferenttempera2tures

随磨损周次的变化曲线

Fig13 Variationsinfrictioncoefficientswithfrictioncyclenum2

berformultilayerfilmsbeforeandafterannealingatdif2ferent

temperatures

213 退火对多层膜摩擦磨损性能的影响

图3所示为退火处理前后多层膜的摩擦系数随磨损周次的变化曲线图。退火前薄膜的摩擦系数在稳定阶段低于011,300e退火处理后略有升高,为0112左右,400e退火后升高的幅度稍大一些,但总体来说,退火后多层膜的摩擦系数依然比较小(平均摩擦系数见图4)。根据退火前后薄膜的XPS分析结果,随着退火温度的升高,多层膜中sp3键含量略

图4 退火处理前后多层膜的平均摩擦系数Fig14 Averagefrictioncoefficientsofthemultilayerfilmsbefore

andafterannealingatdifferent

temperatures

图5 退火处理前后多层膜的磨痕形貌(@200)(a)退火前(b)300e退火后(c)400e退火后

Fig15 Surfacemorphologyoftheweartrackofthemultilayerfilmsbeforeandafterannealingatdifferenttemperatures

(a)as2deposited;(b)300e;(c)400e