脈衝電壓對電漿化學氣相沉積法蒸鍍DLC薄膜於氮氧化處理AISI H13工具鋼之影響

Effects of Pulsed Voltage on the Plasma CVD Coating DLC Films of the Oxynitriding-treated AISI H13 Tool Steel

10.30069/MM.201212.0013

張世賢(S. H. Chang)；唐德謙(T. C. Tang)；李俊毅(C. I. Lee)；劉沖明(C. M. Liu)；吳坤齡(K. L. Wu)

類鑽碳膜 ； 直流脈衝電漿化學沉積法 ； 氮氧化處理 ； 拉曼光譜 ； DLC ； DC-pulsed plasma CVD ； oxynitriding treatment ； Raman spectroscopy

鑛冶：中國鑛冶工程學會會刊

56卷4期（2012 / 12 / 01）

117 - 122

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表面處理通常被應用於改善工具的使用壽命，類鑽碳膜（DLC）具有很多優越的性質，例如：高硬度、高磨耗阻抗、低摩擦係數及化學鈍性等等。氮氧化製程是在氮化完成的最後階段，利用空氣或水蒸氣處理，其利用水蒸氣為介質是一個整體性的重要步驟。本研究中，使用直流脈衝電漿化學沉積法，沉積類鑽碳膜（DLC）於氮氧化處理後之AISI H13工具鋼上；為了探討DLC薄膜的品質，我們利用拉曼分析、附著性測試以及硬度測試等，來檢測其性質。主要探討的直流脈衝電漿化學參數，包括不同的脈衝電壓。實驗結果顯示，氮氧化層深度可達0.05-0.06 mm（表面硬度為Hv0.05 1141），並可成功地在氮氧化處理後的試片上沉積1-2μm的類鑽碳膜。此外，使用脈衝電壓-1.5 kV、反應氣體CH4（5 sccm）、脈衝頻率1 kHz及工作週期10%，所沉積出的類鑽碳膜具有最低的ID/IG值（0.70）以及G-peak偏移位置（1543.31），其薄膜性質較佳。

DLC steel has many superior properties, such as high mechanical hardness, high wear resistance, a low friction coefficient and chemical inertness. The oxynitriding process uses air or steam at the end of the nitriding stage as an oxidizing medium. In this study, we prepared diamond-like carbon films after oxynitriding treatment of AISI H13 tool steel using DC-pulsed plasma CVD under various pulsed voltages. We used Raman spectroscopy analysis and adhesion and hardness tests to determine the properties of the DLC films. The experimental results showed that a 0.05-0.06 mm oxynitride layer (surface hardness was Hv0.05 1141), and 1-2 μm of DLC thin film could be obtained after the oxynitride/DLC duplex treatment. The duplex coating layers had the optimal properties when treated by a low pulse voltage (-1.5 kV), reactive gas of CH4 (5 sccm), 1 kHz pulsed frequency and the 10% duty cycle condition. The oxynitride/DLC duplex treatments possessed the lowest value of ID/IG (0.70) and offset of G-peak (1543.31).