Фторсодержащие покрытия алмазоподобного углерода

Получены фторсодержащие покрытия алмазоподобного углерода (DLC, от англ. diamondlike carbon) методом CVD осаждения с использованием деструкции газообразных углеводородов высокоэнергетическим ионным источником с анодным слоем. Исследован химический состав, структура, поверхностная энергия, механотрибологические характеристики синтезированного тонкопленочного материала. Показано, что содержание фтора в осажденных покрытиях достигает 31 ат.%. Установлено, что присутствие фтора в покрытии DLC способствует формированию нанодисперсных графитоподобных структур. Фторсодержащие покрытия с большим содержанием sp2 -гибридизированных атомов углерода и фрагментов графита демонстрируют снижение твердости. Такие покрытия обладают очень низким коэффициентом трения на уровне 0,03–0,07 в силу малого значения поверхностной энергии, которая может быть снижена в 1,5 раза по сравнению с беспримесным DLC. Установлено, что различные содержания фтора в тонкопленочном материале алмазоподобного углерода по-разному сказываются на взаимодействии покрытия DLC с полярными/неполярными диэлектриками. Результаты исследований могут быть использованы для технологии получения твердосмазочных материалов в узлах трения машин и механизмов, а также представляют интерес для медицины, пищевой промышленности, производства пластмасс, химических волокон в качестве химически инертных и коррозионностойких покрытий.

1. Robertson, J. Diamond-like amorphous carbon / J. Robertson // Mater. Sci. Eng. – 2002. – Vol. R37. – P. 129–281. https://doi.org/10.1016/S0927-796X(02)00005-0

2. Sánchez-López, J. C. Doping and Alloying Effects on DLC Coatings / J. C. Sánchez-López, A. Fernández // Tribology of Diamond-Like Carbon Films: Fundamentals and Applications / eds.: C. Donnet, A. Erdemir. – New York: Springer, 2008. – P. 311–338. https://doi.org/10.1007/978-0-387-49891-1_12

3. Effects of element doping on the structure and properties of diamond-like carbon films: a review / Haibo Sun [et al.] // Lubricants. – 2023. – Vol. 11, № 4. – Art. ID 186. https://doi.org/10.3390/lubricants11040186

4. Properties of fluorinated amorphous diamond like carbon films by PECVD / G. Q. Yu [et al.] // Appl. Surf. Sci. – 2003. – Vol. 219, Iss. 3–4. – P. 228–237. https://doi.org/10.1016/S0169-4332(03)00644-5

5. Deposition of PTFE thin films by ion beam sputtering and a study of the ion bombardment effect / J. L. He [et al.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 1998. – Vol. 135, Iss. 1–4. – P. 512–516. https://doi.org/10.1016/S0168-583X(97)00630-7

6. Guo-Qing Yu. Effects of thermal annealing on amorphous carbon nitride films by r. f. PECVD / Guo-Qing Yu, SeungHoon Lee, Jung-Joong Lee // Diam. Relat. Mater. – 2002. – Vol. 11, Iss. 9. – P. 1633–1637. https://doi.org/10.1016/S0925-9635(02)00111-5

7. Bacterial deposition to fluoridated and non-fluoridated polyurethane coatings with different elastic modulus and surface tension in a parallel plate and a stagnation point flow chamber / D. P. Bakker [et al.] // Colloids Surf. B: Biointerfaces. – 2003. – Vol. 32, Iss. 3. – P. 179–190. https://doi.org/10.1016/S0927-7765(03)00159-0

8. Antibacterial activity of fluorine incorporated DLC films / M. Ishihara [et al.] // Diam. Relat. Mater. – 2006. – Vol. 15, Iss. 4–8. – P. 1011–1014. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2005.12.037

9. Memming, R. Properties of polymeric layers of amorphous hydrogenated carbon produced by a plasma-activated chemical vapour deposition process I: Spectroscopic investigations / R. Memming // Thin Solid Films. – 1986. – Vol. 143, Iss. 3. – P. 279–289. https://doi.org/10.1016/0040-6090(86)90181-1

10. Reactive high power impulse magnetron sputtering of CFx thin films in mixed Ar/CF4 and Ar/C4F8 discharges / S. Schmidt [et al.] // Thin Solid Films. – 2013. – Vol. 542. – P. 21–30. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2013.05.165

11. Ferrari, A. C. Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon / A. C. Ferrari, J. Robertson // Phys. Rev. B. – 2000. – Vol. 61, № 20. – P. 14 095−14107. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.61.14 095

12. Ferrari, A. C. Raman spectroscopy of amorphous, nanostructured, diamond-like carbon, and nanodiamond / A. C. Ferrari, J. Robertson // Philos. Trans.: Math., Phys. Eng. Sci. – 2004. – Vol. 362, Iss. 1824. – P. 2477–2512. https://doi.org/10.1098/rsta.2004.1452

13. Surface energy of amorphous carbon films containing iron / J. Chen [et al.] // J. Appl. Phys. – 2001. – Vol. 89, Iss. 12. – P. 7814–7819. http://doi.org/10.1063/1.1375808

14. Котов, С. Ю. Влияние вакуумно-плазменного упрочнения элементов качения на долговечность подшипника / С. Ю. Котов, Г. Я. Беляев // Наука и техника. – 2014. – № 2. – С. 57–61.

15. Relationship between static friction and surface wettability of orthodontic brackets coated with diamond-like carbon (DLC), fluorine- or silicone-doped DLC coatings / Sh. Akaike [et al.] // Diam. Relat. Mater. – 2016. – Vol. 61. – P. 109–114. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2015.11.016