机械工程学报

作者：赵栋才, 马占吉, 刘兴光, 郑军, 张子扬

单位：1. 安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室 马鞍山 243002;2. 兰州空间技术物理研究所 兰州 730000;3. 安徽工业大学材料科学与工程学院 马鞍山 243000

关键词：ta-C,掺氮,压应力,硬度,摩擦因数；

基金：安徽省重点研究与开发计划(202004b11020011)和安徽省高等学校自然科学研究(KJ2021A0392)资助项目

多级触发脉冲电弧源技术指由前一级电弧放电引发后一级电弧放电的技术，具有高真空下工作、瞬时电流高达上万安培和有效过滤大颗粒等特点，因而非常适合于ta-C薄膜的制备。本研究通过在制备过程中引入氮气，在室温条件下制备了含氮ta-C薄膜。研究发现：当气压从本底真空升高至1.3×10-2Pa时，膜层中的N原子分数从0%升至8.9%左右，随后不再随氮气分压的增加而呈现严格的增加关系。膜层中掺杂的N和C发生了化学反应，生成了sp2态和sp3态的C-N，膜层残余压应力明显下降，硬度略有降低。当沉积气压从3.7×10-2Pa逐步升高至6.0×10-1Pa时，虽然薄膜氮含量并未增加，但其sp2含量逐渐增多，sp3含量逐渐降低，导致膜层硬度和应力逐步降低。在氮原子百分比含量低于8.9%时，薄膜的摩擦因数在0.14～0.15之间，随后随着沉积气压的升高由0.15增长至0.5。最后在钛合金基体上制备了含氮ta-C薄膜，摩擦因数为0.14～0.15，综合性能优异。

来源：2023年第24期

《机械工程学报》期刊编辑部

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