第十四届全国表面工程大会

313 / 2022-09-29 14:52:22

沉积气压对HC-PECVD管内沉积Si/O-DLC涂层均匀性、力学及摩擦学性能的影响

Si/O-DLC，HC-PECVD，管内，均匀性，摩擦磨损

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金属管筒件广泛应用于航空航天、石油化工、海洋工程装备等重要领域，如武装枪械管体、火箭发动机推进剂加注系统、石油天然气运输管道、深海海水泵柱塞套等。但在严苛环境中，管件内壁常常面临腐蚀、划伤磨损等损伤，不仅导致服役寿命缩短，同时带来巨大经济损失。类金刚石碳基涂层（DLC）兼具高硬度、化学惰性与减摩耐磨特性，是理想的管件内壁防护材料之一，但由于内壁沉积涂层均匀性、力学以及摩擦学行为的影响研究不足制约了其实际应用。本工作采用空心阴极等离子增强化学气相沉积技术(hollow cathode plasma enhanced chemical vapor deposition，HC-PECVD)在304不锈钢 (管内径为100 mm，壁厚为2 mm，长度为30 cm)管内制备厚度在3μm左右的Si、O共掺杂涂层（Si/O-DLC），系统研究了沉积气压对涂层均匀性、力学以及摩擦学性能的影响。结果表明，随沉积气压10 mTorr增大至40 mTorr，Si/O-DLC涂层中Si、O含量呈先增加后减少的趋势，10 mTorr管内涂层中Si、O含量整体最多，同时沉积速率增加，40 mTorr达178 nm/min，但30 mTorr涂层沿管轴向厚度均匀性最佳。随气压上升，涂层硬度在20 mTorr达到峰值16.75 GPa，然后降至13.24 GPa (40 mTorr)。涂层膜基结合力L_C3随气压上升单调增大，40 mTorr下L_C3达最大值19.59 N。涂层整体摩擦系数保持在0.08左右，但磨损率随气压上升先增加到4.86×10^-7 mm³/Nm (20 mTorr)，随后降至2.83×10^-7 mm³/Nm (40 mTorr)。30 mTorr下管内Si/O-DLC涂层综合性能最佳。