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一种新型正交晶型金刚石相及其对C掺杂VN薄膜组织和性能的影响

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自然界中，金刚石主要以立方晶型和六方晶型存在。理论计算表明，在高压下通过压缩或弯曲石墨可以得到正交晶型金刚石相，而本论文首次在实验条件下观测到了正交晶型金刚石相的存在。采用多弧离子镀技术在316不锈钢表面制备了一系列不同C含量的VN薄膜，利用XRD、SEM、TEM、纳米压痕仪、划痕仪和摩擦磨损试验机等方法详细研究了C含量对VN薄膜显微组织和性能的影响。研究结果表明：C的掺入大大改善了VN薄膜的力学性能和摩擦学性能，同时降低了其表面粗糙度和残余应力；随着C含量的增加，VN薄膜的抗划伤能力和耐磨性提高。由于正交晶型金刚石相具有易剪切的层状原子结构，导致C含量为10.97at.%的VN薄膜的室温摩擦系数（~0.56）比其他VN薄膜的摩擦系数（~0.70）要低。C含量为19.14at.%的VN薄膜具有最高的H/E（0.052）和H3/E2（0.091GPa），导致其磨损率最低（0.53×10-14m3N-1m-1），比纯VN薄膜的磨损率（2.89×10-14 m3N-1m-1）低了82%。这是由于该薄膜中VN相、VC相和非晶C相的有效组合，其硬度和韧性达到了完美的平衡，导致其耐磨性最好。