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论文推荐 | 上海物理气相沉积超硬涂层及装备工程技术研究中心团队：退火温度对DLC和Si-DLC涂层微观结构和摩擦学性能的影响

2024-12-11 科技资讯

Effect of Annealing Temperature on Microstructure and Tribological Properties of DLC and Si-DLC Coatings

退火温度对DLC和Si-DLC涂层微观结构和摩擦学性能的影响

本文为上海物理气相沉积（PVD）超硬涂层及装备工程技术研究中心张而耕教授团队撰写发表在《中国表面工程》2024年第37卷第4期的研究论文，题为“退火温度对DLC和Si-DLC涂层微观结构和摩擦学性能的影响”。

类金刚石（DLC）涂层因具有优异的减磨耐摩性能被广泛应用，而涂层内部存在较高的内应力这一缺点限制其在摩擦学领域的进一步应用。退火处理可以通过改变涂层微观结构来降低涂层内应力，从而提高涂层的摩擦学性能。

为研究退火温度对 DLC 和硅掺杂类金刚石（Si-DLC）涂层微观结构和摩擦学性能的影响，上海物理气相沉积（PVD）超硬涂层及装备工程技术研究中心张而耕教授团队在《中国表面工程》2024年第37卷第4期发表研究论文《退火温度对DLC和Si-DLC涂层微观结构和摩擦学性能的影响》，采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和电弧离子镀的复合沉积技术制备 DLC 和 Si-DLC 涂层，将涂层在大气环境中进行不同温度的退火处理。运用扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜、拉曼光谱以及 XPS 光谱仪对涂层摩擦试验前后的形貌和结构进行表征，采用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测试涂层的力学性能和摩擦学性能。

引用格式

周琼，岗志远，黄彪，张而耕，陈强，梁丹丹，李正美. 退火温度对DLC和Si-DLC涂层微观结构和摩擦学性能的影响[J]. 中国表面工程，2024，37(4)：206-217.

ZHOU Qiong, GANG Zhiyuan, HUANG Biao, ZHANG Ergeng, CHEN Qiang, LIANG Dandan, LI Zhengmei. Effect of Annealing Temperature on Microstructure and Tribological Properties of DLC and Si-DLC Coatings[J]. China Surface Engineering, 2024, 37(4): 206-217.

论文创新点

本文采用 PECVD 和电弧离子镀的复合沉积技术制备 DLC 和 Si-DLC 涂层，然后将其在温度分别为 200、300、400 和 500 ℃大气环境下进行退火，研究 DLC 和 Si-DLC 涂层在不同退火温度处理后的微观结构和摩擦磨损机理，这对选取最优退火温度对 DLC 涂层综合性能的影响及应用前景具有重要的意义。

重要结论

退火处理改变了涂层内部微观结构，影响了涂层 I_D/I_G值。DLC 涂层在退火温度为 300 ℃时，I_D/I_G值最小，sp³杂化键含量最高；而 Si-DLC 涂层由于热稳定性提高，涂层在退火温度为 400 ℃时I_D/I_G值最小。

Si 元素的掺杂改变了 DLC 涂层内部 C 网络结构，但 TMS 作为 Si 元素的掺杂源时，同时也引入了大量的 H 元素，降低了涂层硬度，影响涂层的摩擦学性能，使 Si-DLC 涂层磨损率大幅度增大。

适当温度退火处理后，涂层表现出较高的硬度和韧性，以及良好的摩擦学性能。DLC 涂层在 300 ℃退火后，力学性能和摩擦学性能得到改善。Si-DLC 涂层在 400 ℃退火处理后硬度为 24.28 GPa，H/E* 为 0.160，具有较低的磨损率。

课题组简介

论文主创

周琼

工学博士，研究生导师，上海应用技术大学副教授教授，研究方向为超硬纳微米物理气相沉积（PVD）涂层、机械制造及材料失效分析。上海市金属切削技术协会理事。先后获上海市自然科学基金项目，上海市联盟计划项目及20余项企业横向课题。发表学术论文30余篇，授权专利20余项，获得上海市科学技术进步二等奖、三等奖, 上海市产学研合作优秀项目奖一等奖、上海市优秀发明选拔赛优秀项目银奖。

岗志远

上海应用技术大学机械工程学院，在读硕士研究生，研究方向为表面PVD涂层技术及摩擦学。

张而耕

工学博士，上海应用技术大学教授，上海市优秀技术带头人、江苏省双创人才，盐城市领军人才，上海市机械工程学会机械制造工艺专业委员会委员。研究方向为超硬纳微米物理气相沉积（PVD）涂层、机械制造及材料失效分析。主持纵向、横向项目120余项，到款经费超9000万元，发表学术论文50余篇，授权专利40余项，转让专利5项，出版学术专著《现代 PVD 表面工程技术及应用》，主编《机械工程材料》教材。获上海市科技进步二等奖、上海市科技进步三等奖、上海市产学研合作优秀项目奖一等奖、第33届上海市优秀发明选拔赛优秀项目银奖、上海国际工业博览会优秀产品一等奖等奖项。