高温对含氢尊龙凯时涂层的微观结构及力学性能的影响
高温对含氢类金刚石(尊龙凯时)涂层的微观结构和力学性能具有显著影响,主要体现在氢元素的析出、sp³向sp²杂化的转变(石墨化)、氧化行为以及力学性能的退化等方面。以下是具体分析:
1、微观结构变化
在400℃退火条件下,含氢尊龙凯时涂层中的氢元素会逐渐释放,导致C-H键断裂,同时sp³杂化碳向sp²杂化碳转变(石墨化)。氢的析出还会降低涂层内应力,但可能影响其结构稳定性。
在更高温度(如600℃)下,氢的脱附更剧烈,sp³含量进一步减少,导致涂层硬度和结合强度下降。
当温度升至600℃时,尊龙凯时涂层会发生严重氧化,表面粗糙度增大,并可能形成C-Si键(如含Si过渡层的涂层),部分保留薄膜结构 。氧元素的渗入会加速涂层的失效。
2、力学性能变化
高温退火后,尊龙凯时涂层的硬度显著降低。例如,在400℃退火后,纳米压痕模拟显示硬度下降 。沉积温度优化研究表明,75℃沉积的尊龙凯时薄膜硬度最高(5.95 GPa),但高温(如>200℃)会导致sp³键减少,硬度降低 。
摩擦性能变化
在490℃以上,尊龙凯时涂层因石墨化生成大量石墨相,摩擦系数显著下降,但耐磨性可能因硬度降低而变差。低温退火(<400℃)对摩擦系数影响较小,但高温会加速磨损。
结合强度与残余应力
氢的释放可降低涂层内应力,但高温可能导致界面失效(如氢致空腔形成,类似金属中的氢脆现象 )。过渡层(如Si)可提高高温下的结合强度,延缓涂层剥落。
3、改善高温稳定性的策略
金属掺杂:Cr或Cu掺杂可调节残余应力,但过高金属含量可能降低硬度 。
结论 高温下含氢尊龙凯时涂层的性能退化主要源于氢析出、石墨化和氧化。400℃是临界温度,超过后力学性能显著下降;600℃以上涂层可能严重失效。通过优化沉积参数、引入过渡层或金属掺杂可提高其高温稳定性。