高功率脉冲磁控溅射技术制备掺氮类金刚石薄膜的磨蚀性能

• 作者: 华青松 吴先映 廖斌 张志强 张旭 沈永青 鲍曼雨
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 高功率脉冲磁控溅射 掺氮类金刚石薄膜 磨蚀 腐蚀
• 年，卷（期）: 2020,（10）
• 所属期刊栏目: 专题:载能离子束技术
• 页码范围: 50-60
• 页数: 11页
• 字数: 8037字
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.69.20200021

摘要

掺氮类金刚石薄膜在生物应用中很有前景,研究其摩擦和腐蚀的协同作用有很大的实际意义.论文使用高功率脉冲磁控溅射(high-power impulse magnetron sputtering,HiPIMS)技术,在奥氏体不锈钢和单晶硅片上以Ar气和氮气为前驱气体,室温下制备了致密的掺氮类金刚石薄膜.使用配备三电极电化学池的往复型摩擦磨损试验机,在Hank's平衡盐溶液中研究了不同靶脉冲持续时间制备的薄膜的摩擦腐蚀性能,并在滑动之前、期间和之后监测了薄膜的开路电位(open circuit potential,OCP).电化学工作站用于表征摩擦前薄膜的电化学行为.结果表明:60 μs制备的掺氮类金刚石薄膜展示了优异的耐磨蚀性能,其摩擦系数最低(0.05)且在摩擦阶段OCP显示了最高的稳定值(39 mV),这主要归功于其致密的结构和较大的表面能;而90 μs下制备的薄膜由于可以形成交联结构的sp3键含量明显下降,从而导致薄膜孔隙率增加,薄膜的抗腐蚀性下降,在磨蚀过程中由于电解液在孔隙的腐蚀使得薄膜/基体的界面结合强度减弱,在摩擦的综合作用下,薄膜脱落,发生失效.