以直流脈衝電漿化學氣相沉積法蒸鍍DLC薄膜於氮氧化處理Vanadis 8工具鋼之特性研究

Investigation of the Characteristics of DLC Films on Oxynitriding-Treated Vanadis 8 Tool Steel via DC-pulsed Plasma CVD Technique

張世賢(S.H. Chang) ； 溫昱丞(Y.C. Wen) ； 陳建霖(C.L. Chen) ； 劉沖明(C.M. Liu) ； 賴育呈(Y.C. Lai) ； 施力忠(L.C. Shih)

《鑛冶：中國鑛冶工程學會會刊》 63卷2期 (2019/06) Pp. 63-71

https://doi.org/10.30069/MM.201906_63(2).06

摘要

本研究使用直流脈衝電漿化學氣相沉積法沉積類鑽碳薄膜，並改變不同的甲烷流量（5、10、15及20sccm），而為了比較類鑽碳薄膜於氮氧化處理後之Vanadis 8工具鋼之間的性能，實驗中透過拉曼分析、磨耗測試、壓痕試驗及表面形貌觀察等，以分析類鑽碳鍍層之性質。實驗結果發現，氮氧化層厚度約為68μm，表面硬度為1323 HV_(0.05)，顯示類鑽碳膜可以成功地沉積在氮氧化處理之Vanadis 8工具鋼上。由於離子轟擊的數量可能會導致膜有性質上的差異，因此，使用雙極脈衝偏壓方式，經由適當電壓150V、沉積時間90分鐘、甲烷流量為15sccm，且氬氣流量為1.5sccm時，所沉積之類鑽碳薄膜具有最佳的機械性質。同時，此參數的類鑽碳／氮氧化複合表面處理具有最低的磨耗體積損失量，荷重2N及5N之磨耗試驗中，分別為3.81×10^(-3)mm^3及4.01×10^(-3)mm^3。綜合分析結果顯示，複合表面處理確實可以有效改善Vanadis 8工具鋼的性能。

關鍵字

電漿化學氣相沉積法 ； 類鑽碳膜 ； 氮氧化處理 ； Vanadis 8工具鋼 ； 拉曼光譜 ； 磨耗

並列摘要

In this study, DLC films were deposited via DC-pulsed plasma CVD technique under various CH4 gas flow rate (5, 10, 15, 20 sccm). In order to compare the properties of the DLC films for oxynitriding-treated (ONC) Vanadis 8 tool steel, Raman analysis, wear tests, Rockwell indentation, and surface morphology were used to analyze the properties of DLC coatings. Experimental results showed that the oxynitriding layer was about 68 μm, and the surface hardness was about 1323 HV_(0.05). DLC film could be successfully deposited on ONC-treated Vanadis 8 tool steel. Since the amount of ion bombardment can affect film properties, the duplex coating layers had optimal properties when DLC film was treated by bipolar-pulsed voltage at 150 V, deposition time 90 min, CH4 gas flow 15 sccm, and Ar gas flow 1.5 sccm. Wear test results showed the lowest wear volume loss when the load of 2 N and 5 N was 3.81×10^(-3) mm^3 and 4.01×10^(-3) mm^3, respectively. Our test and analysis results confirmed that the DLC/ONC duplex surface treatment can effectively improve the properties of Vanadis 8 tool steel.

並列關鍵字

PECVD ； DLC ； Oxynitriding Treatment ； Vanadis 8 Tool Steel ； Raman Spectroscopy ； Wear