IMECH-IR  > 先进制造工艺力学实验室
发射光谱反馈控制磁控溅射制备Cr-DLC多层膜
Alternative TitlePlasma emission spectrum monitoring control preparing Cr-DLC multilayer coatings through reactive D.C.magnetron sputtering
朱洪亚
Thesis Advisor李光
2016
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Subtype硕士
Degree Discipline材料工程
Abstract发动机摩擦损耗是汽车能量损失的重要组成部分,在发动机活塞环上沉积耐磨类金刚石薄膜(Diamond-Like Carbon Films,DLC)可降低发动机摩擦损耗,但由于DLC薄膜结合力及热稳定性差的缺点仍制约着其广泛应用。针对这一问题,本文采用Cr“靶中毒法”制备掺杂Cr元素的DLC薄膜,以提高其热稳定性和结合力。为解决靶中毒程度和Cr掺杂难以精确控制的缺点,论文提出了基于等离子体发射监测(Plasma Emission Monitoring,PEM)反馈等离子体中Cr含量,来控制Cr靶的中毒程度,获得成分稳定可控的Cr-DLC膜。 论文对DLC薄膜的Cr掺杂行为进行了重点研究,针对活塞环承受平均温度为300℃以及高速对磨的运行环境,着重考察了钢基体上DLC薄膜的耐磨性以及退火后的热稳定性。为进一步提高Cr-DLC膜的结合力,研究了过渡层CrN的结构性能变化规律,并探索了过渡层厚度、渐变过渡和周期过渡设计对DLC薄膜性能的影响,获得了高结合力、耐磨损的Cr/CrN/Cr/Cr-DLC复合涂层。 研究表明,相比于传统流量控制,PEM反馈控制通过微量调控,在制备CrN时能稳定气氛中N比含量;在沉积Cr-DLC时,能准确控制Cr靶的中毒状态,实现对DLC膜中Cr元素的精确掺杂。 利用反应溅射技术制备CrN过渡层,通过反馈控制工作气氛中N的比含量,就能稳定CrN薄膜相结构变化。CrxN薄膜在控制N比含量在超过30%后,就以单纯CrN结构存在。选择N比含量30%~40%,偏压75V的制备参数,可获得内应力低较的CrN过渡层。 对PEM反馈控制沉积Cr-DLC膜的机械性能和热稳定性研究发现:靶中毒法制备Cr-DLC膜沉积速度可达3μm/h以上; Cr掺杂元素的加入,能有效提高Cr-DLC的结合力;适当含量的Cr掺杂(15%比含量)可保证DLC膜的摩擦性能。Cr掺杂可提高DLC的热稳定性,Cr比含量超过15%时,DLC膜加热处理后仍具有良好的摩擦和结合性能。 在钢基体上设计CrN与DLC的过渡方式,经过性能研究发现过渡层设计能有效提高DLC的结合能力。在过渡层厚度为2.4μm时具有最好的耐磨损性能,采用周期过渡10个循环以上即可对DLC薄膜的结合力和耐磨性产生显著提高。
Call Number31337
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/59450
Collection先进制造工艺力学实验室
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GB/T 7714
朱洪亚. 发射光谱反馈控制磁控溅射制备Cr-DLC多层膜[D]. 北京. 中国科学院大学,2016.
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