C2H2/Ar流量比对a-C:H涂层结构及摩擦学性能的影响

a-C:H涂层因具有高硬度、低摩擦系数及良好的化学惰性等性能，使其作为表面防护材料具有广泛的应用前景，而涂层中的H含量和sp2C/sp3C比值是影响其力学及摩擦学性能的重要因素. 本研究中采用非平衡磁控溅射技术在9Cr18钢表面制备了a-C:H涂层，对比研究了前驱体组成对不同结构含H碳膜的氢含量、微观结构、力学性能和摩擦学性能的影响. 结果表明：增大C2H2/Ar流量比，涂层的生长率及H含量逐渐增大，但致密性降低. 由于涂层中C-H键及致密性的变化，a-C:H涂层的硬度和弹性模量随C2H2/Ar流量比的增大而逐渐减小，但结合强度却先增大后降低. 当C2H2/Ar流量比低于4:3时，涂层表现出良好的减摩耐磨性能，当C2H2/Ar流量比高于4:3时，涂层的摩擦系数和磨损率出现了急增的现象. 总体而言，a-C:H涂层的摩擦系数和磨损率随C2H2/Ar流量比的增加呈现先增大后降低的趋势. 由于H原子的钝化作用及涂层力学性能的变化，使a-C:H涂层的磨损机制由磨粒磨损和黏着磨损变为磨粒磨损. 当C2H2/Ar流量比为1:1时，a-C:H涂层具有最低的摩擦系数(约为0.1)和磨损率[8.0×10−8 mm3/(N·m)]，表现出最佳的力学及摩擦学性能，这种性能的变化与涂层中的H含量和sp2C/sp3C比密切相关.