不锈钢表面碳基薄膜制备及其组织结构与性能研究.pdf

摘要

摘要

AISI304不锈钢因其优异的耐腐蚀性，在现代工业和生活中具有广泛的应用，但是

随着科技、工业的发展和生产生活的需要，不锈钢在力学性能、硬度和耐磨性等方面不

能得到满足。而表面改性技术可以解决此问题，其中电化学沉积技术，相较于化学气相

沉积、物理气相沉积等表面改性技术，具有设备简便、工艺简单、环境要求低等优点，

且能够使用气相沉积技术制备的薄膜基本可以采用电化学沉积技术制备。本文采用电化

学沉积的方法，通过改变电解质盐的种类，在AISI304不锈钢表面沉积不同种类的碳基

薄膜，研究不同有机物种类和比例、电压和沉积时间等工艺参数对组织结构、力学性能、

硬度、耐磨性的变化规律，并通过实验现象和实验结果探讨电化学沉积碳基薄膜的反应

机理。

实验结果表明，采用N-N二甲基甲酰胺（DMF）作为有机物，可以在AISI304不

锈钢表面制备类金刚石（DLC）和氮化碳（CN）两种碳基薄膜，其中DLC薄膜的厚

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度最高可达3.2μm，CN薄膜的厚度最高可达20μm，且两种碳基薄膜的结合力都达到

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HF1等级；通过相结构分析可知，所制备的DLC薄膜存在纳米金刚石和石墨晶体，C3N4

薄膜主要含有CN相，同时伴随着FeO、CrN、CrC、FeN等少量杂质相；

343432x

所制备的两种碳基薄膜，其硬度都高于未处理材料，DLC薄膜的最高硬度可达550

HV，CN薄膜的硬度最高可达1390HV；以GCr15对磨材料，DLC薄膜的摩擦

0.025340.025

系数为0.6，质量磨损率为8.75×10-9g·N-1·m-1，相较于未处理材料降低19倍；以SiN

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为对磨材料，CN薄膜的摩擦系数为0.3，质量磨损率为8.84×10-7g·N-1·m-1，降低了7

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倍以上。

电化学沉积法制备碳基薄膜的反应机理为，DMF分子转化为能量分子，随后能量

分子在材料表面的活化反应点吸附成为活化分子，根据电解质盐的不同，活化分子分解

成不同基团，并在材料表面发生反应生成DLC或CN薄膜和其他产物。

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关键词：AISI304不锈钢；电化学沉积；DLC薄膜；CN薄膜；摩擦磨损

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Abstract

Abstract

AISI304stainlesssteeliswidelyusedinmodernindustryandlifebecauseofitsexcellent

corrosionresistance,butwiththedevelopmentofscienceandtechnology,industryandthe

needsofproductionandlife,stainlesssteelcannotbemetintermsofmechanicalproperties,

hardne