Improved adhesion of ultra-hard carbon films on cobalt-chromium orthopaedic implant alloy.
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DOI：
10.1007/s10856-010-4207-1
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发表时间：
2011-02
影响因子：
3.7
通讯作者：
Vohra, Yogesh K.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Catledge, Shane A.;Vaid, Rishi;Diggins, Patrick;Weimer, Jeffrey J.;Koopman, Mark;Vohra, Yogesh K.
虽然在钴基材料上化学气相沉积的硬碳膜通常会形成界面石墨和随后的薄膜粘附性差，但我们发现原料气混合物中O2的存在有助于在CoCrMo合金上实现粘附。在形成完全凝聚的硬碳膜之前的表面结构成核研究表明，O2原料气有助于通过早期形成铬氧化物和碳化物来掩盖钴与碳的催化作用。特别是氧化铬，作为钴的扩散屏障，最大限度地减少钴向表面的迁移，否则它将与碳相互作用形成石墨。当不使用氧气时，石墨烟灰形成和薄膜在冷却到室温时容易分层。用O2生长的连续1 μm厚的纳米结构碳膜保持黏附，测量硬度为60 GPa，并且在洛氏压痕形成的凹痕边缘附近显示出稳定的、非灾难性的周向微裂纹。
While interfacial graphite formation and subsequent poor film adhesion is commonly reported for chemical vapor deposited hard carbon films on cobalt-based materials, we find the presence of O2 in the feedgas mixture to be useful in achieving adhesion on a CoCrMo alloy. Nucleation studies of surface structure before formation of fully coalesced hard carbon films reveal that O2 feedgas helps mask the catalytic effect of cobalt with carbon through early formation of chromium oxides and carbides. The chromium oxides, in particular, act as a diffusion barrier to cobalt, minimizing its migration to the surface where it would otherwise interact deleteriously with carbon to form graphite. When O2 is not used, graphitic soot forms and films delaminate readily upon cooling to room temperature. Continuous 1 μm-thick nanostructured carbon films grown with O2 remain adhered with measured hardness of 60 GPa and show stable, non-catastrophic circumferential micro-cracks near the edges of indent craters made using Rockwell indentation.
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