过渡层对铝合金表面类金刚石薄膜结合失效行为的影响

Abstract

本研究通过离子束复合磁控溅射技术在铝合金表面分别沉积了无过渡层,含Ti和Si过渡层的类金刚石薄膜(N-DLC,Ti/DLC,Si/DLC),考察了过渡层对薄膜的微结构、机械性能与结合强度等性能的影响,并重点剖析了不同DLC薄膜与铝合金基底之间的结合失效行为与失效机理。结果表明,添加过渡层能够提高DLC薄膜与铝合金之间的结合强度,其中,Si/DLC薄膜具有最高的临界载荷(10.7±1.2N)。划痕实验的失效分析表明,在连续增大的载荷产生的压力作用下,N-DLC因薄膜与基体塑性变形能力不同,薄膜因内聚力失效和基体塑性形变而剥落。Ti/DLC薄膜裂纹萌生于Ti过渡层与DLC界面处,并向表层DLC薄膜中逐渐扩展,导致发生脆性剥落,降低薄膜失效的临界载荷;Si/DLC薄膜中,Si过渡层与DLC薄膜之间表现出良好的协同变形能力,裂纹首先萌生于基底与过渡层界面,随后发生横向扩展,并在基底与薄膜内部传播,应力得到释放,后随着载荷的逐渐增大,基底与薄膜之间塑形形变差异增大,最终薄膜发生剥落;研究表明,具有与顶端DLC薄膜相近力学性能,界面结合强度高,承载能力高Si过渡层更适合用于改善提高薄膜在铝合金上的结合强度,提高耐磨性和使用寿命