郭风丽
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彭文屹
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冯亮
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曾卫军
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陆德平
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王文君
稀有金属
doi:10.13373/j.cnki.cjrm.2014.04.027
涂层刀具结合了基体高强度高韧性以及涂层高硬度高耐磨性的特点,可以提高刀具寿命和加工效率.类金刚石薄膜(DLC)是由无序sp3键、sp2键、sp1键配位碳原子混合而成,具有一系列与金刚石膜相类似的性能(如热导率高,热膨胀系数小,化学稳定性好,硬度和弹性模量高,耐磨性好及摩擦系数低等)以及优异的耐摩擦性能和自润滑特性,因此成为高速钢和硬质合金刀具理想的表面改性膜.DLC薄膜起源于20世纪70年代,其沉积方法主要有物理气相沉积法(包括磁控溅射沉积、离子束沉积、脉冲激光沉积)和化学气相沉积法,近几年还发展了液相电化学沉积法.其表征方法主要有拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)等.DLC薄膜的研究开发应用过程中存在两个主要问题:一是膜基结合力差;二是热稳定性差,这极大降低了工具的使用寿命.改变工艺参数、掺杂、制备中间过渡层、酸蚀法、机械处理等可以提高DLC膜的膜基结合力;元素掺杂以及制备具有高sp3含量无氢的DLC薄膜可以提高薄膜的热稳定性.另外液相电沉积法制备DLC膜性能优异,在保证高膜基结合力的同时具有优异的热稳定性.随着薄膜制备技术的成熟,制备热稳定性好,sp3含量高同时内应力低,满足刀具材料的使用要求的DLC薄膜是可以期待的.
关键词:
硬质合金
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DLC薄膜
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膜基结合力
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热稳定性
曾群锋
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董光能
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罗莉
材料热处理学报
采用等离子体增强化学气相沉积技术在H13钢基体上制备了含氢类金刚石(DLC)膜,摩擦配副为镀制了DLC膜的440C钢球.采用高温摩擦磨损试验机考察了DLC膜在大气环境下的高温摩擦特性.实验结果表明:DLC膜的摩擦特性随温度的升高而恶化.在摩擦初始阶段,温度低时DLC膜的摩擦系数随温度的升高而减少;而温度升高到400℃时,DLC膜的摩擦系数高达0.8.采用激光拉曼光谱仪及光学显微镜分析和观察了不同温度下摩擦副磨损表面的微观结构和表面形貌,并从热力学的角度研究了DLC膜及钢基体在大气环境下的摩擦特性.采用吉布斯自由能判据分析了高温下摩擦副摩擦化学反应发生的规律,实验结果与理论分析吻合较好,研究结果对DLC膜高温摩擦学性能的研究和设计提供参考.
关键词:
高温摩擦特性
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DLC膜
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摩擦化学反应
,
热力学分析
