类金刚石碳(DLC)涂层的主要成分为碳

拉曼光谱用途
特别是研究外部环境(高温、低温、高压 ⋯⋯)引起的线宽、线形变化,可以很好地研 究物质的相变。 这里说的相变,不再局限于固态、液态、气 态之间的物相变化,尤其还指物质内部结构 形式的变化,例如碳的金刚石相与石墨相之 间的转变、氧化锆的单斜相与四方相的转 变等。
激光拉曼光谱
本文用到的是激光拉曼光谱。激光拉曼光 谱在获取表面成键信息方面(如表面覆盖度、 共吸附和电极电位等的影响) 具有很大优势. 拉曼光谱的谱线的形状,有的尖锐清晰,有的 不是这样,常用半高宽(FWHM)来定量描述 谱线的尖锐程度。
低载时石墨化过程
由Clapeyron定律 可知，应力小，转变温度高， 而摩擦产生的闪温又低，达不到相变，所以无法 发生相变。 研究发现主要是从涂层表面微凸体的尖端脱落 的 磨屑颗粒，在磨损轨迹顶端上最后形成了一层致 密的磨屑层。磨屑由细石墨微粒组成，因此，磨 屑微粒形成的致密层应该含有类石墨结构或者无 序石墨结构 。 在低载荷下(≤5 N)磨损轨迹内发生的结构转变主 要源于致密磨屑层的形成 同低速
钢球的磨损
滑动初期，因硬度较DLC涂层低，所以高 载荷时磨损严重甚至发生变形 随着滑动的进行，开始形成转移层，转移 层可以降低磨损 在较高的载荷或速度下钢球磨损率只有轻 微的增长。
拉曼位移
这里,初态、终态的能量差值,恰好就是拉曼 光谱谱线的“拉曼位移”值。 拉曼位移直接反映了分子或晶格的振动、 转动能级,由这些能级的知识可以深入地分 析物质的结构及其内部运动,从而促进物质 结构基础科学的发展,从而促进材料科学的 发展并导致新材料的研制成功与开发应用。 任何两种不同物质的拉曼谱线都不完全相 同,人们就很自然地把拉曼谱作为物质的 “指纹”,由这些“指纹”的特征对物质进 行识别.
描述类金刚石的拉曼光谱
描述类金刚石的拉曼光谱
D线和G线的上移说明石墨化的产生。
高载时石墨化过程
由Clapeyron定律 可知，DLC涂层的相变温度随 着赫兹接触应力的增大而减小 ，所以高接触应力 （例如10N）下时，相变温度就很低（130摄氏 度），而高接触应力产生摩擦大，闪温就高 （170摄氏度），高于相变温度，所以发生相变， DLC涂层表面形成石墨化过程。 高接触应力（例如10N）通过摩擦加热效应来促 进滑动面上的石墨化过程,可以这样描述。光子和物质的分 子(电子)或晶格之间的作用,可以是弹性碰撞,这就 是瑞利散射,作用前后,光子能量不变; 也可以是非 弹性碰撞,这就是拉曼散射,作用之后的光子,其能 量会减少一些, (斯托克斯散射),或者增加一些(反 斯托克斯散射) 入射光子被吸收后,我们可以形式地认为,分子(电 子)和晶格振动从初态到达一个能量较高的非定态 能级(虚能级,虚中间态);随即辐射出散射光子,由 虚中间态到达终态
DLC
类金刚石碳(DLC)涂层的主要成分为碳,是 一种兼有高硬度和优异摩擦性能的非晶体 硬质薄膜。 DLC膜的成份主要指sp^3键和sp^2键 还可能含有一些杂质相如C- H 等
表面处理方式
沉积方法
沉积可以分为物理气相沉积和化学气相沉 积两种。 区别在于：反应物的来源是否经过化学变 化。 例如，我们可以通过用离子轰击石墨靶材 得到碳沉积层（物理）还可以通过电离乙 炔得到碳离子（化学）。
粘着转移层和致密层
两者都是由DLC涂层上脱落的磨屑颗粒引 起的，含有石墨微粒 致密层是磨屑颗粒在DLC涂层上，用来降 低涂层的摩擦磨损率 粘着转移层是磨屑颗粒转移到钢球上，用 来降低钢球的磨损率
涂层磨损率
在一定范围内，载荷越大，闪温越高，相 变温度越低，相变造成的石墨化越明显， 涂层磨损率降低 高闪温加速转移层的形成，降低钢球磨损 率 所以，涂层磨损率随着载荷或者滑动速度 的增大而减小
物理沉积方法
Ti/TiN/TiCN/TiC的梯度层
为了增强DLC涂层对钢的粘着强度，提前在钢基 体上利用等离子溅射沉积一个Ti/TiN/TiCN/TiC的 梯度层。 这种梯度变化,减小了DLC薄膜与钢基体的性质差 别,从而有利于提高薄膜同基体之间的结合力。 具体做法：采用离子溅射沉积的方法得到，首先 溅射沉积一层Ti，约100nm。在注入Ti的二价离 子，在注入氮离子形成TiN/TiCN，最后形成TiC 层。