【摘 要】
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本论文利用中频磁控溅射技术制备了W, Al共掺杂含氢非晶碳((W,Al)/a-C∶H)薄膜。研究了沉积工艺参数对薄膜组成和结构的影响，探讨了过渡层种类及厚度对薄膜内应力、结合力的影
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本论文利用中频磁控溅射技术制备了W, Al共掺杂含氢非晶碳((W,Al)/a-C∶H)薄膜。研究了沉积工艺参数对薄膜组成和结构的影响，探讨了过渡层种类及厚度对薄膜内应力、结合力的影响，并考察了薄膜在不同测试条件及环境气氛下的摩擦学性能;探讨了薄膜组成、结构与性能之间的关系规律，并与W/a-C∶H薄膜进行了比较。主要研究结果如下:
1.随甲烷流量的增加，(W，Al)/a-C∶H薄膜中sp3C含量呈现先升高后下降再升高的变化趋势。沉积薄膜表面均较为平滑。薄膜硬度与sp3C含量变化趋势相似。甲烷流量为75 sccm时，薄膜表现出良好的摩擦学性能。随基底偏压的增加，薄膜中sp3C含量先升高后降低。基底偏压为-375 V时薄膜硬度最高，基底偏压为-125 V时，薄膜具有较好的摩擦学性能。
2.研究了过渡层的种类和厚度对(W, Al)/a-C∶H薄膜内应力及结合力的影响。结果表明，以W-Al为过渡层时，薄膜结合力随过渡层的厚度增加呈现先升高后下降再升高的趋势，厚度约为400 nm过渡层的薄膜具有最大的膜-基结合强度。采用Ti为过渡层时，膜-基结合强度总体提高了近50％。退火处理结果显示，退火处理有利于改善薄膜的膜-基结合力。
3.大气环境下，载荷和滑动速度对(W, Al)/a-C∶H薄膜的摩擦系数有显著影响。在较低滑动速度下，(W, Al)/a-C∶H薄膜的摩擦系数较高，为0.08-0.1。滑动速度为0.1 m/s时，薄膜摩擦系数最低，为0.03。随着载荷的增加，(W, Al)/a-C∶H薄膜的摩擦系数单调下降，并在2N时达到最低值0.032。在真空和N2气氛下，薄膜很快失效，在He气氛下，薄膜具有较低的摩擦系数和较好的耐磨性。
4.与W/a-C∶H薄膜相比，(W, Al)/a-C∶H薄膜的sp3C含量略有下降，且表面更为光滑致密，(W, Al)/a-C∶H薄膜的机械性能及摩擦学性能均优于W/a-C∶H薄膜。W/a-C∶H薄膜内应力约为-1.4 GPa，而(W, Al)/a-C∶H薄膜内应力下降至约-0.85GPa。(W, Al)/a-C∶H薄膜的膜-结合力也有一定程度地提高。大气环境下，(W, Al)/a-C∶H薄膜的摩擦系数较W/a-C∶H薄膜明显下降。
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