TiN/H-DLC薄膜的制备及其性能研究

勾荣年，尚伦霖，曹学乾，王顺花

（1.兰州交通大学 材料科学与工程学院，兰州 730070；2.中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室，兰州 730000）

0 引言

类金刚石碳（Diamond like carbon，DLC）基薄膜具有高硬度、低摩擦、高耐磨和良好的生物相容性等优点，在摩擦学、生物医学和光学等领域中得到了广泛的应用[1]。然而，DLC薄膜自身较高的内应力会使薄膜与基底的结合力变差，导致薄膜在摩擦过程中容易出现剥落现象[2-3]。合理的过渡层可使DLC薄膜与基底之间获得良好的物理性能匹配，有效提高界面结合强度。

采用磁控溅射（MS）技术沉积的薄膜具有致密性好、表面光滑等优点，已经得到广泛的应用。但是磁控溅射技术沉积速率较低，膜基结合力相对较差，使其在高承载、强腐蚀等苛刻环境中的应用受到限制[4-7]。MAIP具有沉积速率高、结合力好的优点，但是沉积的薄膜表面粗糙度大、耐腐蚀性能较差[8-10]。将MAIP技术与MS技术相结合可实现优势互补，获得综合性能较好的复合涂层[11]。本文采用MAIP、UBMS技术以及两种技术相结合的方法分别在316L不锈钢基底上制备TiN薄膜、掺氢DLC（H-DLC）薄膜和TiN/H-DLC复合薄膜，并对其微观结构、力学性能、摩擦学性能和耐腐蚀性能进行对比研究。

1 材料与方法

1.1 薄膜制备

将抛光的316L不锈钢分别在丙酮和乙醇中超声清洗15 min后，采用MAIP、UBMS和两种技术相结合的方法制备TiN薄膜、H-DLC薄膜和TiN/H-DLC复合薄膜。其中，TiN薄膜的制备步骤为：将样品装入真空室中加热至450℃，抽气至4×10-3Pa后对霍尔离子源以200 cm3/min的速度通入H2，以50 cm3/min的速度通入Ar，刻蚀清洗样品表面，再设置钛靶电流130 A、偏压-50 V和Ar流量200 cm3/min沉积5 min的Ti中间层，最后通入N2并调控其流量使气压保持在2 Pa沉积2 h的TiN薄膜。……