金属学报  2012, Vol. 48 Issue (3): 283-288    DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00512

论文 本期目录 | 过刊浏览 |

高结晶度CrN纳米粒子掺杂的DLC薄膜的显微结构及力学性能

吴忠振, 田修波, 程思达, 巩春志, 杨士勤

哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室, 哈尔滨 150001

MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF DLC FILMS DOPED WITH HIGH CRYSTALLINITY CrN NANOPARTICLES

WU Zhongzhen, TIAN Xiubo, CHENG Sida, GONG Chunzhi, YANG Shiqin

State Key Lab of Advanced Welding and Joining, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001

吴忠振 田修波 程思达 巩春志 杨士勤. 高结晶度CrN纳米粒子掺杂的DLC薄膜的显微结构及力学性能[J]. 金属学报, 2012, 48(3): 283-288.
, , , , . MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF DLC FILMS DOPED WITH HIGH CRYSTALLINITY CrN NANOPARTICLES[J]. Acta Metall Sin, 2012, 48(3): 283-288.

摘要 参考文献 相关文章 Metrics 全文: PDF(1646 KB)   摘要: 采用高功率脉冲磁控放电等离子体注入与沉积(HPPMS-PIID)和常规直流磁控溅射复合的方法设计制备了包含高结晶度的CrN纳米粒子的DLC薄膜, 并对不同C靶电流时制备的CrN-DLC薄膜的形貌、结构及性能进行了研究. 结果表明, 随C靶电流的增加, 薄膜中的含C量增加, 在较高的C含量时形成了明显的DLC薄膜特征, 掺杂相主要成分为高度200择优取向的CrN纳米晶, 其最小晶粒尺寸为42.39 nm. 薄膜中的C主要以C-sp2, C-sp3和CN-sp3键的形式存在, sp3键的总含量为sp2总含量的44.8%. 所制备的薄膜具有很好的膜基结合力(临界载荷Lc=66.8 N)和较高的纳米硬度(最高达24.3 GPa). 关键词 ： 高功率脉冲磁控放电,  类金刚石薄膜,  CrN,  结晶度,  力学性能     Abstract：DLC films with dispersed high crystallinity CrN nanoparticles were prepared by high power pulsed magnetron discharge plasma ion implantation & deposition (HPPMS-PIID) combined with DC magnetron sputtering (DCMS). The surface morphology, structure and properties of CrN--DLC films with the different currents of C target were studied. The results show that the C content increases as the raise of the current of the C target and clear characteristics of DLC films are found at a higher C content. CrN doped in DLC exists as nanoparticles with highly 200 preferred orientation, and the smallest size of the CrN grains is 42.39 nm. The C1s peak primarily consists of the three peaks that correspond to C-sp2, C-sp3 and CN-sp3, and the ratio of total sp3 to sp2 is 44.8%. Excellent adhesion between film and substrate with critical load of 66.8 N and high nanohardness up to 24.3 GPa are achieved due to highly energetic ion bombardment and implantation in HPPMS-PIID. Key words： high power pulsed magnetron discharge    DLC film    CrN    crystallinity    mechanical properties 收稿日期: 2011-08-08      ZTFLH:  TG174.444   基金资助: 国家自然科学基金项目10975041和10905013资助 作者简介: 吴忠振, 男, 1984年生, 博士生 服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 吴忠振 田修波 程思达 巩春志 杨士勤 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/10.3724/SP.J.1037.2011.00512      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y2012/V48/I3/283 [1] Liang F, Yan X J. Acta Phys Sin, 1999; 48: 1095 (梁风, 严学俭. 物理学报, 1999; 48: 1095) [2] Grill A. Diamond Relat Mater, 1999; 8: 428 [3] Chen G H, Yan S G, Zhang F Q. Acta Phys Sin, 1992; 41: 500 (陈光华, 阎少光, 张仿清. 物理学报, 1992; 41: 500) [4] Schwarz C, Heeg J, Rosenberg M, Wienecke M. Diamond Relat Mater, 2008; 17: 1685 [5] Takeno T, Hoshi Y, Miki H, Takagi T. Diamond Relat Mater, 2008; 17: 1669 [6] Gu K M, Tang J N, Li J Q, Yang Q P. J Shenzhen Univ Sci Eng, 2007; 24: 159 (谷坤明, 汤皎宁, 李均钦, 杨钦鹏. 深圳大学学报理工版, 2007; 24: 159) [7] Nie C Y, Zhang B Y, Xie H M. Acta Metall Sin, 2007; 43: 1207 (聂朝胤, 张碧云, 谢红梅. 金属学报, 2007; 43: 1207) [8] Veprek S, Argon A S. Surf Coat Technol, 2001; 146–147: 175 [9] Mourae Silva C W, Branco J R T, Cavaleiro A. Thin Solid Films, 2006; 515: 1063 [10] Baba K, Hatada R, Tanaka Y. Surf Coat Technol, 2007; 19–20: 8362 [11] Tian X B, Wu Z Z, Gong C Z, Yang S Q. Chin Pat, 201010213894.4, 2010 (田修波, 吴忠振, 巩春志, 杨士勤. 中国专利, 201010213894.4, 2010) [12] Kouznetsov V, Mac´ak K, Schneider J M, Helmersson U, Petrov I. Surf Coat Technol, 1999; 122: 290 [13] Helmersson U, Lattemann M, Bohlmark J, Ehiasarian A P, Gudmundsson J T. Thin Solid Films, 2006; 513: 1 [14] Wu Z Z, Tian X B, Shi J W, Yang S Q, Chu P K. Rev Sci Inst, 2011; 82: 033511 [15] Wu Z Z, Tian X B, Wang Z M, Gong C Z, Yang S Q. Chin J Vac Sci Technol, 2011; 31: 1 (吴忠振, 田修波, 王泽明, 巩春志, 杨士勤. 真空科学与技术学报, 2011; 31: 1) [16] Li G, Xia L F, Ma X X, Sun Y, Zhan Z J. Acta Metall Sin (Eng Lett), 1999; 12: 551 [17] Ji H B, Xia L F, Ma X X, Sun Y, Sun M R. Acta Metall Sin (Eng Lett), 2000; 13: 967 [18] Wu Z Z. Master Dissertation, Harbin Institute of technology, 2008 (吴忠振. 哈尔滨工业大学硕士学位论文, 2008) [19] Tian X B, Wu Z Z, Shi J W, Li X P, Gong C Z, Yang S Q. Vacuum, 2010; 47: 44 (田修波, 吴忠振, 石经伟, 李希平, 巩春志, 杨士勤. 真空, 2010; 47: 44) [20] Anders A. Surf Coat Technol, 1997; 93: 158 [21] Martin P J, Bendavid A, Cairney J M, Hoffman M. Surf Coat Technol, 2005; 200: 2228 [22] Ma D Y, Ma S L, Xu K W. Acta Metall Sin, 2004; 40: 1037 (马大衍, 马胜利, 徐可为. 金属学报, 2004; 40: 1037) [23] Guo Y, Xu B, Wu G Z, Ma S L, Xu K W. Acta Metall Sin, 2007; 43: 159 (郭岩, 徐 彬, 吴贵智, 马胜利, 徐可为. 金属学报, 2007; 43: 159) [24] Alami J, Sarakinos K, Uslu F, Wuttig M. J Phys D: Appl Phys, 2009; 42: 015304 [25] Vyas A, Shen Y G, Zhou Z F, Li K Y. Compos Sci Technol, 2008; 68: 2922 [26] Shi Y, Long S, Liang F. Appl Surf Sci, 2008; 254: 5861 [27] Yang Y Y, Peng Z J, Fu Z Q, Wu S D, Chen X C, Wang C B. Acta Metall Sin, 2010; 46: 34 (杨义勇, 彭志坚, 付志强, 邬苏东, 陈新春, 王成彪. 金属学报. 2010; 46: 34) [28] Yang W J, Choa Y–H, Sekino T, Shim K B, Niihara K, Auh K H. Thin Solid Films, 2003; 434: 49 [29] Jiang B L, Hu P F, Li H T. Trans Mater Heat Treat, 2010; 31: 134 (蒋百灵, 胡鹏飞, 李洪涛. 材料热处理学报. 2010; 31: 134) [30] Niu S C, Yu Z M, Dai M J, Lin S S, Hou H J, Li H W. China Surf Eng, 2007; 20: 34 (牛仕超, 余志明, 代明江, 林松盛, 候惠君, 李洪武. 中国表面工程. 2007; 20: 34) [31] Veprek S, Niederhofer A, Moto K, Bolom T, Mannling H–D, Nesladek P, Dollinger G, Bergmaier A. Surf Coat Technol, 2000; 133–134: 152 [32] Robertson J. Mater Sci Eng, 2002; R37: 129 [1] 宫声凯, 刘原, 耿粒伦, 茹毅, 赵文月, 裴延玲, 李树索. 涂层/高温合金界面行为及调控研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1097-1108. [2] 张雷雷, 陈晶阳, 汤鑫, 肖程波, 张明军, 杨卿. K439B铸造高温合金800℃长期时效组织与性能演变[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1253-1264. [3] 郑亮, 张强, 李周, 张国庆. 增/降氧过程对高温合金粉末表面特性和合金性能的影响：粉末存储到脱气处理[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1265-1278. [4] 张健, 王莉, 谢光, 王栋, 申健, 卢玉章, 黄亚奇, 李亚微. 镍基单晶高温合金的研发进展[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1109-1124. [5] 李景仁, 谢东升, 张栋栋, 谢红波, 潘虎成, 任玉平, 秦高梧. 新型低合金化高强Mg-0.2Ce-0.2Ca合金挤压过程中的组织演变机理[J]. 金属学报, 2023, 59(8): 1087-1096. [6] 丁桦, 张宇, 蔡明晖, 唐正友. 奥氏体基Fe-Mn-Al-C轻质钢的研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(8): 1027-1041. [7] 陈礼清, 李兴, 赵阳, 王帅, 冯阳. 结构功能一体化高锰减振钢研究发展概况[J]. 金属学报, 2023, 59(8): 1015-1026. [8] 袁江淮, 王振玉, 马冠水, 周广学, 程晓英, 汪爱英. Cr2AlC涂层相结构演变对力学性能的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(7): 961-968. [9] 吴东江, 刘德华, 张子傲, 张逸伦, 牛方勇, 马广义. 电弧增材制造2024铝合金的微观组织与力学性能[J]. 金属学报, 2023, 59(6): 767-776. [10] 张东阳, 张钧, 李述军, 任德春, 马英杰, 杨锐. 热处理对选区激光熔化Ti55531合金多孔材料力学性能的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(5): 647-656. [11] 侯娟, 代斌斌, 闵师领, 刘慧, 蒋梦蕾, 杨帆. 尺寸设计对选区激光熔化304L不锈钢显微组织与性能的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(5): 623-635. [12] 刘满平, 薛周磊, 彭振, 陈昱林, 丁立鹏, 贾志宏. 后时效对超细晶6061铝合金微观结构与力学性能的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(5): 657-667. [13] 吴欣强, 戎利建, 谭季波, 陈胜虎, 胡小锋, 张洋鹏, 张兹瑜. 耐Pb-Bi腐蚀Si增强型铁素体/马氏体钢和奥氏体不锈钢的研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(4): 502-512. [14] 李述军, 侯文韬, 郝玉琳, 杨锐. 3D打印医用钛合金多孔材料力学性能研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(4): 478-488. [15] 王虎, 赵琳, 彭云, 蔡啸涛, 田志凌. 激光熔化沉积TiB2 增强TiAl基合金涂层的组织及力学性能[J]. 金属学报, 2023, 59(2): 226-236. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed