类金刚石碳(DLC)涂层的主要成分为碳.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,DLC,类金刚石碳,(DLC),涂层的主要成分为碳,是一种兼有高硬度和优异摩擦性能的非晶体硬质薄膜。,DLC,膜的成份主要指,sp3,键和,sp2,键,还可能含有一些杂质相如,C-H,等,表面处理方式,沉积方法,沉积可以分为物理气相沉积和化学气相沉积两种。,区别在于：反应物的来源是否经过化学变化。,例如，我们可以通过用离子轰击石墨靶材得到碳沉积层（物理）还可以通过电离乙炔得到碳离子（化学）。,物理沉积方法,Ti/,TiN/TiCN/TiC,的梯度层,为了增强,DLC,涂层对钢的粘着强度，提前在钢基体上利用等离子溅射沉积一个,Ti/,TiN/TiCN/TiC,的梯度层。,这种梯度变化,减小了,DLC,薄膜与钢基体的性质差别,从而有利于提高薄膜同基体之间的结合力。,具体做法：采用离子溅射沉积的方法得到，首先溅射沉积一层,Ti,，约,100nm,。在注入,Ti,的二价离子，在注入氮离子形成,TiN/TiCN,，最后形成,TiC,层。,拉曼光谱,光和物质的作用,可以这样描述。光子和物质的分子,(,电子,),或晶格之间的作用,可以是弹性碰撞,这就是瑞利散射,作用前后,光子能量不变,;,也可以是,非弹性碰撞,这就是拉曼散射,作用之后的光子,其能量会减少一些,(,斯托克斯散射,),或者增加一些,(,反斯托克斯散射,),入射光子被吸收后,我们可以形式地认为,分子,(,电子,),和晶格振动从初态到达一个能量较高的非定态能级,(,虚能级,虚中间态,);,随即辐射出散射光子,由虚中间态到达终态,拉曼位移,这里,初态、终态的能量差值,恰好就是拉曼光谱谱线的“拉曼位移”值。,拉曼位移直接反映了分子或晶格的振动、转动能级,由这些能级的知识可以深入地,分析物质的结构及其内部运动,从而促进物质结构基础科学的发展,从而促进材料科学的发展并导致新材料的研制成功与开发应用。,任何两种不同物质的拉曼谱线都不完全相同,人们就很自然地把拉曼谱作为物质的“指纹”,由这些“指纹”的特征对物质进行识别,.,拉曼光谱用途,特别是研究外部环境,(,高温、低温、高压,),引起的线宽、线形变化,可以很好地研究物质的相变。,这里说的相变,不再局限于固态、液态、气态之间的物相变化,尤其还指物质内部结构形式的变化,例如,碳的金刚石相与石墨相之间的转变、,氧化锆的单斜相与四方相的转变等。,激光拉曼光谱,本文用到的是激光拉曼光谱。激光拉曼光谱在获取表面成键信息方面,(,如表面覆盖度、共吸附和电极电位等的影响,),具有很大优势,.,拉曼光谱的谱线的形状,有的尖锐清晰,有的不是这样,常用半高宽,(FWHM),来定量描述谱线的尖锐程度。,描述类金刚石的拉曼光谱,描述类金刚石的拉曼光谱,D,线和,G,线的上移说明石墨化的产生。,高载时石墨化过程,由,Clapeyron,定律 可知，,DLC,涂层的相变温度随着赫兹接触应力的增大而减小，所以高接触应力（例如,10N,）下时，相变温度就很低（,130,摄氏度），而高接触应力产生摩擦大，闪温就高（,170,摄氏度），高于相变温度，所以发生相变，,DLC,涂层表面形成石墨化过程。,高接触应力（例如,10N,）通过摩擦加热效应来促进滑动面上的石墨化过程,同高速,低载时石墨化过程,由,Clapeyron,定律 可知，应力小，转变温度高，而摩擦产生的闪温又低，达不到相变，所以无法发生相变。,研究发现主要是从涂层表面微凸体的尖端脱落 的磨屑颗粒，在磨损轨迹顶端上最后形成了一层致密的磨屑层。磨屑由细石墨微粒组成，因此，磨屑微粒形成的致密层应该含有类石墨结构或者无序石墨结构。,在低载荷下,(5 N),磨损轨迹内发生的结构转变主要源于致密磨屑层的形成,同低速,粘着转移层和致密层,两者都是由,DLC,涂层上脱落的磨屑颗粒引起的，含有石墨微粒,致密层是磨屑颗粒在,DLC,涂层上，用来降低涂层的摩擦磨损率,粘着转移层是磨屑颗粒转移到钢球上，用来降低钢球的磨损率,涂层磨损率,在一定范围内，载荷越大，闪温越高，相变温度越低，相变造成的石墨化越明显，涂层磨损率降低,高闪温加速转移层的形成，降低钢球磨损率,所以，涂层磨损率随着载荷或者滑动速度的增大而减小,钢球的磨损,滑动初期，因硬度较,DLC,涂层低，所以高载荷时磨损严重甚至发生变形,随着滑动的进行，开始形成转移层，转移层可以降低磨损,在较高的载荷或速度下钢球磨损率只有轻微的增长。,