利用直流脈衝電漿化學氣相沉積法於不同工作週期下蒸鍍DLC薄膜於氮氧化處理ASP60高速鋼之研究

Study on the DLC Films of Oxynitriding-treated ASP60 High Speed Steel via Various Duty Cycles of DC-pulsed PECVD Process

張世賢(S. H. Chang) ； 顏士紘(S. H. Yan) ； 劉沖明(C. M. Liu) ； 吳韋辰(W. C. Wu) ； 莊展宇(C. Y. Chuang) ； 黃麒榕(C. L. Huang)

《鑛冶：中國鑛冶工程學會會刊》 60卷1期 (2016/03) Pp. 91-99

https://doi.org/10.30069/MM.201603_60(1).0008

摘要

本研究是以複合表面處理的方式來提高ASP60高速鋼的使用壽命，利用氮氧化處理形成氮氧化層，同時提升基材的耐磨性，且作為類鑽碳薄膜之中介層提升薄膜附著性，接著使用直流脈衝電漿化學氣相沉積法，以單極負脈衝偏壓方式，藉由改變不同的工作週期(8, 11,14, 17及20%)，沉積類鑽碳薄膜於氮氧化處理後之ASP60高速鋼，再透過拉曼分析、磨耗測試、硬度測試及腐蝕試驗等，以檢測薄膜之性質。實驗結果顯示，使用單極負脈衝偏壓方式，脈衝偏壓為-1.5 kV、工作週期11%及沉積時間90分鐘所沉積之類鑽碳薄膜具有最佳的機械性質，經此參數的鍍膜及氮氧化的複合表面處理，其表面硬度可達最高值Hv_(0.2) 2516.4，以及最低的磨耗體積損失量（荷重1.96 N及4.9 N之磨耗試驗中，分別為2.36×10^(-3) mm^3及5.67×10^(-3) mm^3）。另一方面，於3.5 wt% NaCl溶液的腐蝕試驗中，則具有最低的腐蝕電流(1.23×10^(-4) A﹒cm^(-2))及最高的極化阻抗(5.53×10^2 Ωcm^2)。此結果證實氮氧化/類鑽碳薄膜複合表面處理具有最佳之耐磨耗性和耐腐蝕性。

關鍵字

ASP60高速鋼 ； 氮氧化 ； 類鑽碳膜 ； 直流脈衝電漿化學氣相沉積法 ； 磨耗

並列摘要

In this study, we used oxynitriding/DLC duplex treatment to improve ASP60 high speed steel tool life. Oxynitriding-treated ASP60 high speed steel was coated with the diamond-like carbon (DLC) films prepared by DC-pulsed PECVD. The important parameters of the DCpulsed PECVD process included the various duty cycles (8, 11, 14, 17 and 20%) with unipolar negative-pulsed voltage. In order to evaluate the properties of the DLC films for oxynitriding/DLC treated ASP60 high speed steel, Raman spectroscopy analysis, wear tests, hardness tests and corrosion resistance inspections were performed. When the DLC films were treated by unipolar negativepulsed voltage with an appropriate pulse voltage (-1.5 kV), deposition time 90 min and duty cycles 11%, the duplex coating layers had optimal properties. The oxynitride/DLC duplex treatment possessed the highest surface hardness (Hv_(0.2) 2516.4), lowest wear volume loss (when the load of 1.96 N and 4.9 N was 2.36 × 10^(-3) mm^3 and 5.67 × 10^(-3) mm^3, respectively), lowest corrosion current (I_(corr) = 1.23 × 10^(-4) A﹒cm^(-2)), and highest polarization resistance (R_p = 5.53 × 10^2 Ω﹒cm^2) in 3.5 wt% NaCl solutions. These results confirmed that the oxynitriding/DLC duplex treatment improved the ASP60 high speed steel wear and corrosion resistance.

並列關鍵字

ASP60 high speed steel ； Oxynitriding ； DLC ； DC-pulsed PECVD and Wear