第四章 實驗結果與討論
4.6 奈米刮痕量測
實驗結果顯示DLC-C 的彈性係數值範圍最高，試片 DLC-B 的彈 性係數值分佈範圍較不集中，研判可能因為 DLC-B 的膜層較不均 勻，探針打到基材 SUS440C 所導致。使用奈米壓痕儀(Nanoindenter) 量測 DLC 鍍膜層的彈性係數值，結果顯示經由鑽石探針多點量測所 求得的 DLC 薄膜彈性係數值範圍大約在 264GPa ~ 347GPa，而 SUS440C 不銹鋼基材所量測彈性係數值較低，約為 220GPa。DLC 鍍 膜層的彈性係數值遠高於硬化熱處理後不銹鋼基材SUS440C。
圖 4-25 SUS440C 經由奈米刮痕儀所產生之刮痕照片
圖4-26 DLC-B 經由奈米刮痕儀所產生之刮痕照片
4.6.1 磨耗性質量測(壓入深度 40nm)
圖 4-27 為 SUS440C 與 DLC-B、DLC-C、DLC-D 各試片磨耗實
驗之摩擦係數分佈圖，顯示刮痕深度達到40nm 時，探針隨著位移增 加而增加荷重所得到之摩擦係數分佈圖。
實驗結果如表 18，在基材 SUS440C 的部份，當刮痕深度達到 40nm 時，此時的荷重增加到 0.6mN，所得到的摩擦係數為 1.13±0.12
，試片DLC-B 當刮痕深度達到 40nm 時，此時的荷重增加到 0.8mN，
所得到的摩擦係數為0.911±0.09，試片 DLC-C 當刮痕深度達到 40nm 時，此時的荷重增加到 0.86mN，所得到的摩擦係數為 0.793±0.06，
DLC-D 當刮痕深度達到 40nm 時，此時的荷重增加到 0.83mN，所得
到的摩擦係數為0.734±0.04。
磨耗實驗結果顯示，探針壓入深度為 40 nm 時，各試片的 DLC 膜層所量測出之平均摩擦係數0.734±0.04 ~ 0.911±0.09 皆明顯低於原 來SUS440C 不銹鋼基材之平均摩擦係數 1.13±0.12。
0 500 1000 1500 2000 1E-3
0.01 0.1 1 10 100 1000
F rict ion Co ef fi cien t
Displacement
SUS440CScratch Depth 40nm Load 0.6mN
0 500 1000 1500 2000
1E-3 0.01 0.1 1 10 100 1000
F rict ion Co ef fi cien t
Displacement
DLC-BScratch Depth 40nm Load 0.8 mN
0 500 1000 1500 2000
1E-3 0.01 0.1 1 10 100 1000
Fri c ti o n Co e ffi ci en t
Displacement
DLC-CScratch Depth 40nm Load 0.86 mN
0 500 1000 1500 2000
1E-3 0.01 0.1 1 10 100 1000
Fri c ti o n
Displacement
DLC-DScratch Depth 40nm Load 0.83 mN
0 500 1000 1500 2000
1E-3 0.01 0.1 1 10 100 1000
F rict ion Co ef fi cien t
Displacement
SUS440CScratch Depth 40nm Load 0.6mN
0 500 1000 1500 2000
1E-3 0.01 0.1 1 10 100 1000
F rict ion Co ef fi cien t
Displacement
DLC-BScratch Depth 40nm Load 0.8 mN
0 500 1000 1500 2000
1E-3 0.01 0.1 1 10 100 1000
Fri c ti o n Co e ffi ci en t
Displacement
DLC-CScratch Depth 40nm Load 0.86 mN
0 500 1000 1500 2000
1E-3 0.01 0.1 1 10 100 1000
Fri c ti o n
Displacement
DLC-DScratch Depth 40nm Load 0.83 mN
圖4-27 SUS440C 與各試片之摩擦係數分佈圖(40nm depth)
表 18 SUS440C 與各試片之磨耗結果(40nm depth)
0.83 0.86
0.8 0.6
Load (mN)
1.13±0.12 SUS440C
0.734±0.04 0.793±0.06
0.911±0.09 Friction
Coefficient (40 nm)
DLC-D (80±7℃) DLC-C
(80±7℃) DLC-B
(144±8℃)
0.83 0.86
0.8 0.6
Load (mN)
1.13±0.12 SUS440C
0.734±0.04 0.793±0.06
0.911±0.09 Friction
Coefficient (40 nm)
DLC-D (80±7℃) DLC-C
(80±7℃) DLC-B
(144±8℃)
4.6.2 磨耗性質量測(壓入深度100nm)
圖 4-28 為 SUS440C 與 DLC-B、DLC-C、DLC-D 各試片磨耗實
驗之摩擦係數分佈圖，顯示刮痕深度達到 100nm 時，探針隨著位移 增加而增加荷重所得到之摩擦係數分佈圖。
實驗結果如表 19，在基材 SUS440C 的部份，當刮痕深度達到 100nm 時，此時的荷重增加到 1.0mN，所得到的摩擦係數為 0.21±0.01
，試片DLC-B 當刮痕深度達到 100nm 時，此時的荷重增加到 4.0mN，
所得到的摩擦係數為0.156±0.01，試片 DLC-C 當刮痕深度達到 100nm 時，此時的荷重增加到 4.5mN，所得到的摩擦係數為 0.144±0.01，
DLC-D 當刮痕深度達到 100nm 時，此時的荷重增加到 4.0mN，所得
到的摩擦係數為0.149±0.01。
磨耗實驗結果顯示，探針壓入深度為 100 nm 時，各試片的 DLC 膜層所量測出之平均摩擦係數0.144±0.01 ~ 0.156±0.01 皆明顯低於原 來SUS440C 不銹鋼基材之平均摩擦係數 0.21±0.01。
由基材SUS440C 與 DLC 各試片之磨耗實驗結果顯示，不銹鋼基 材與DLC 鍍膜二者的磨耗性能是有明顯差異，也就是 DLC 鍍膜層之 平均摩擦係數是低於原來之SUS440C 不銹鋼基材，而 DLC 膜層硬度 也高於SUS440C 不銹鋼基材。
0 500 1000 1500 2000 1E-3
0.01 0.1 1 10 100 1000
Friction Co eff icien t
Displacement
SUS440CScratch Depth 100nm Load 1mN
0 500 1000 1500 2000
1E-3 0.01 0.1 1 10 100 1000
DLC-B
Scratch Depth 100nm Load 4.0 mN
Fr ic ti o n
Displacement
0 500 1000 1500 2000
1E-3 0.01 0.1 1 10 100 1000
DLC-C
Scratch Depth 100nm Load 4.5 mN
Fric ti o n C o e ffi c ie n t
Displacement
0 500 1000 1500 2000
1E-3 0.01 0.1 1 10 100 1000
DLC-D
Scratch Depth 100nm Load 4.0 mN
Frict ion Coeff icien t
Displacement
0 500 1000 1500 2000
1E-3 0.01 0.1 1 10 100 1000
Friction Co eff icien t
Displacement
SUS440CScratch Depth 100nm Load 1mN
0 500 1000 1500 2000
1E-3 0.01 0.1 1 10 100 1000
DLC-B
Scratch Depth 100nm Load 4.0 mN
Fr ic ti o n
Displacement
0 500 1000 1500 2000
1E-3 0.01 0.1 1 10 100 1000
DLC-C
Scratch Depth 100nm Load 4.5 mN
Fric ti o n C o e ffi c ie n t
Displacement
0 500 1000 1500 2000
1E-3 0.01 0.1 1 10 100 1000
DLC-D
Scratch Depth 100nm Load 4.0 mN
Frict ion Coeff icien t
Displacement
圖4-28 SUS440C 與各試片之摩擦係數分佈圖(100nm depth)
表19 SUS440C 與各試片之磨耗結果(100nm depth)