调制周期对纳米多层类石墨薄膜力学性能及摩擦学性能的影响

摘要：

采用等离子增强多靶磁控溅射系统在溅射沉积类石墨(Graphite-like carbon,GLC)薄膜过程中交替掺杂金属W制备了6种纯GLC子层和W-GLC子层交替堆垛的纳米多层GLC薄膜.薄膜调制周期分别为300 nm、180 nm、90 nm、40 nm、15nm以及8nm共6种.研究了调制周期对薄膜力学性能和摩擦学性能的影响.结果表明:各纳米多层GLC薄膜均具有良好的力学性能与摩擦学性能,且随着调制周期的减小,薄膜的力学性能与摩擦学性能均大幅提高,并表现出显著的协同效应.纳米多层GLC薄膜中WC或W2C纳米晶的弥散强化效应和纳米多层膜的界面效应是薄膜具有优异力学性能的主要原因,而薄膜在摩擦对偶表面形成的厚实致密的富碳转移膜又确保了薄膜具有良好的摩擦学性能.当调制周期减小至8 nm时,薄膜的硬度高达35.13 GPa,结合强度为45.28 N,H/E为0.109 5,H3/E2为0.375,且在“100 r/min,12N”条件下连续摩擦480 min,平均摩擦因数仅为0.002,磨损率低至9.0× 10-18 m3/(N·m),综合性能极为优异.

关键词：纳米多层类石墨薄膜、调制周期、力学性能、摩擦学性能

所属期刊栏目：54

分类号：TG156(金属学与热处理)

资助基金：国家自然科学基金51675531,51535011;北京市自然科学基金3172038

在线出版日期：2018-09-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：92-99