采用陰極電弧離子鍍和等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)相結(jié)合的技術(shù)方法，在304 不銹鋼基體上分別沉積制備了Ti/DLC 和Ti/TiN/TiAlN/DLC 復(fù)合涂層。選用原子力顯微鏡、拉曼光譜對涂層的形貌和結(jié)構(gòu)進行表征測試。同時，利用顯微硬度計、劃痕測試儀系統(tǒng)地分析了涂層的顯微硬度和界面結(jié)合性能，并研究了其摩擦磨損行為。研究結(jié)果表明：Ti/TiN/TiAlN/DLC 復(fù)合涂層體系具有較高硬度(~2130HV)的同時結(jié)合性能最優(yōu)(結(jié)合力~53.7 N)，抗磨損能力最強。在相同試驗條件下，無涂層的基體摩擦系數(shù)為0.45，單層DLC、Ti/DLC 和Ti/TiN/TiAlN/DLC 涂層的摩擦系數(shù)則分別為0.15、0.12 和0.07。Ti/TiN/TiAlN/DLC復(fù)合涂層可有效提高304 不銹鋼的耐磨損性能，降低摩擦系數(shù)。

　　304 不銹鋼具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，已被應(yīng)用于工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)和其他各個領(lǐng)域，然而因其硬度低、耐磨性差，極大地限制了其廣泛應(yīng)用。類金剛石(DLC)具有超高硬度、高彈性模量、低摩擦系數(shù)、高抗磨損性能，已在表面工程領(lǐng)域引起廣泛的關(guān)注，并可用于304 不銹鋼等各類鋼材表面以提高它們的綜合性能。

　　目前，研究人員已對類金剛石涂層的相關(guān)制備工藝和性能表征進行了系統(tǒng)研究。但在實際應(yīng)用中，仍有許多問題尚待解決，主要表現(xiàn)在：涂層內(nèi)應(yīng)力大、涂層/ 基體結(jié)合性能差、涂層耐磨損能力不足等。這極大地限制了DLC 涂層的長時間應(yīng)用。提高DLC 涂層與基體間的結(jié)合強度，增強涂層體系的抗磨損能力越來越成為研究人員關(guān)注的重點。研究工作表明：采用中間過渡層不僅能有效提高涂層與基體的結(jié)合力，而且還可使其具有優(yōu)良的耐磨損性。

　　本文中，作者利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)、磁控濺射和陰極電弧離子鍍技術(shù)相結(jié)合的方法，在304 不銹鋼基體上分別沉積了Ti/DLC 和Ti/TiN/TiAlN/DLC 多層復(fù)合涂層。同時，采用相關(guān)的性能表征分析方法，對比研究了不同中間層對DLC 涂層體系的結(jié)構(gòu)、硬度、界面結(jié)合強度和抗磨損能力的影響規(guī)律。

　　1、實驗與測試

　　1.1、涂層制備

　　以304 不銹鋼為基體材料，尺寸為20 mm×20 mm×10 mm；基體經(jīng)拋光后用清水清洗5 min，超聲波清洗20 min，去離子水浸泡5 min，最后經(jīng)無水乙醇脫水并烘干后裝入真空室內(nèi)的轉(zhuǎn)架上待用。分別采用陰極弧沉積和等離子體增強化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備Ti(或TiN/TiAlN)和DLC 涂層，其中，采用Ti 靶沉積制備Ti 層和TiN 層，TiAl 合金靶沉積制備TiAlN 層。沉積涂層前，預(yù)先將真空室抽真空度至5×10^-3 Pa， 使用純度為99.999%的氬氣和1000 V 負偏壓，對基體材料表面進行30 min 濺射清洗；清洗結(jié)束后，接著采用陰極弧沉積技術(shù)分別沉積Ti、Ti/TiN/TiAlN層作為中間過渡層；最后再通入C2H2 氣體進行DLC 涂層制備。具體的沉積工藝參數(shù)如表1 所示。

表1 三種樣品的制備工藝參數(shù)

　　1.2、性能表征

　　拉曼光譜測試采用RM2000 型顯微共焦拉曼光譜儀，激光器波長：514.5 nm，顯微尺寸范圍：1μm；采用X 射線光電子能譜(XPS)對DLC 的雜化鍵含量進行測試；硬度采用Duramin 型顯微硬度計測試，載荷為0.49 N，載荷保持時間為15 s，每個試樣測試5 個點取平均值；抗磨損性能采用球磨儀進行表征；WS-2005 涂層附著力自動劃痕儀檢測涂層/ 基體的界面結(jié)合性能，加載速率20N/min，最大載荷100N，劃痕速率5 mm/min，劃痕長度設(shè)定5 mm。

　　2、結(jié)論

　　在304 不銹鋼基體上分別沉積制備了Ti/DLC 和Ti/TiN/TiAlN/DLC 兩種復(fù)合涂層。Ti/DLC涂層的硬度約為1240HV，Ti/TiN/TiAlN/DLC 涂層硬度為2130HV。Ti/DLC 涂層的臨界載荷約為41.5N，Ti/TiN/TiAlN/DLC 涂層臨界載荷約為53.7N。其中，無涂層基體的摩擦系數(shù)為0.45，而Ti/DLC 涂層和Ti/TiN/TiAlN/DLC 涂層的摩擦系數(shù)分別為0.12 和0.07。Ti/TiN/TiAlN/DLC 涂層的耐磨性能優(yōu)于Ti/DLC 涂層。綜合所述，Ti/TiN/TiAlN/DLC 復(fù)合涂層可有效提高304 不銹鋼的耐磨損性能，降低摩擦系數(shù)。