【摘 要】
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磨损严重是制约诸多含有工程塑料关键机械零部件及装备稳定工作的主要因素和可靠服役的瓶颈问题。工程塑料表面制备非晶碳薄膜被认为是提高聚合物材料硬度和耐磨性能极具潜力的方式之一。但由于聚合物材料惰性表面和非晶碳薄膜高内应力等因素的影响,非晶碳薄膜在工程塑料表面耐磨防护应用方面长期面临膜-基结合强度不足的巨大挑战。本论文创新性地提出等离子体诱导原位生长法在PEEK表面原位生长非晶碳薄膜,采用PECVD技术
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
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磨损严重是制约诸多含有工程塑料关键机械零部件及装备稳定工作的主要因素和可靠服役的瓶颈问题。工程塑料表面制备非晶碳薄膜被认为是提高聚合物材料硬度和耐磨性能极具潜力的方式之一。但由于聚合物材料惰性表面和非晶碳薄膜高内应力等因素的影响,非晶碳薄膜在工程塑料表面耐磨防护应用方面长期面临膜-基结合强度不足的巨大挑战。本论文创新性地提出等离子体诱导原位生长法在PEEK表面原位生长非晶碳薄膜,采用PECVD技术制备了原位生长的aC:H薄膜,研究了原位转变层对力学性能、膜-基结构和摩擦学性能的影响;采用MSD技术分别通过偏压与功率调控不同能量碳等离子体制备了原位生长的a-C薄膜,考察了不同能量碳等离子体对膜-基界面结构和摩擦性能的影响,主要的结论如下:（1）原位生长的a-C:H薄膜样品,其力学性能、膜-基结合强度和界面稳定性均优于Cr/a-C:H薄膜样品。原位转变层的存在有助于提高薄-基承载能力,有效抑制在膜-基界面区域失效行为的发生,详细讨论了原位生长机理。相比于Cr/aC:H薄膜样品的剥落特征,原位生长的a-C:H薄膜样品在摩擦学实验中表现出更好的承载能力和界面稳定性。对于聚合物基体,原位生长a-C:H膜的机械和摩擦学适应性使其具有独特的摩擦磨损机理和耐磨保护特性。（2）等离子体诱导原位生长a-C薄膜样品的硬度、弹性模量、H/E和H3/E2值均随偏压的增大而增大,机械性能变化与薄膜致密度有关。膜-基界面区域衬度差异随等离子体能量的增大而减小,偏压-100 V薄膜样品膜-基界面仅隐约可见。划痕形貌均呈开裂但不剥落特征,表明PEEK表面原位a-C薄膜稳定的膜-基结合。受薄膜硬度和韧性匹配等因素的影响,所有样品在大气干摩擦和海水环境下均表现不同的磨损量和承载特征,其中偏压-25 V薄膜样品在大气和海水环境下均展现出最好的耐磨性能。（3）等离子体诱导原位生长a-C薄膜样品的硬度和弹性模量均随功率的增大呈先上升后下降趋势,在功率4 k W处达到最大,但H/E和H3/E2值在功率3k W处达到最大。受功率调控等离子体能量大小的影响,膜-基界面区域衬度存在明显差异,但所有样品划痕形貌仍呈开裂不剥落特征,表现出可靠的膜-基结合。功率调控薄膜样品在大气和海水环境下均具有较好的耐磨性和承载能力,大气干摩擦下磨损表面形貌受薄膜硬度及膜-基韧性匹配的影响具有一定的演变特征,海水渗透侵蚀作用可能会对样品膜-基结合造成一定程度的影响。
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