金属热处理

作者：吴勇, 刘书洋, 陈辉, 陶冠羽, 杜建融, 张钰

单位：1.中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司, 湖北 武汉 430030;；2.特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430030;；3.武汉理工大学 汽车工程学院, 湖北 武汉 430070

关键词：高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS),类金刚石薄膜,基体偏压,组织结构,力学性能

基金：国家科技重大专项(2023ZY01064)

采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术,在硬质合金YG8基体表面沉积TiAlSiN过渡层,并在0~-300 V的偏压下制备了类金刚石(DLC)薄膜。利用Raman光谱、XPS、SEM表征薄膜的组织结构与微观形貌,采用纳米压痕、划痕法、摩擦磨损试验研究薄膜的力学性能。结果表明,随着负偏压的增加,DLC薄膜的ID/IG值先减小后增大,G峰半高宽先增大后减小,-200 V制备的薄膜ID/IG值最小、G峰半高宽最大,sp3键含量最高,达到58.0%。不同偏压下DLC薄膜的截面形貌均无明显柱状结构,特别是偏压为-200 V与-300 V时,薄膜呈现致密的类玻璃态结构。不同偏压下薄膜的硬度(H)、相对弹性模量(E*)、H/E*、H3/E*2与sp3含量变化趋势基本一致,偏压为-200 V时,薄膜的综合力学性能最佳,硬度与相对弹性模量分别为23.91 GPa与260.45 GPa,H/E*与H3/E*2分别为0.0918与0.2016 GPa。不同偏压下DLC薄膜的划痕形貌表明,-100 V与-200 V制备的DLC薄膜表现出优异的结合强度,临界载荷Lc2≥80 N。摩擦试验表明,DLC薄膜具有优异的摩擦学性能。特别是-200 V下沉积的DLC薄膜具有最低的平均摩擦因数与最低的磨损率,分别为0.09与5.75×10-16 m3/(N·m)。

来源：2025年第5期

《金属热处理》期刊编辑部

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