低應力氧化鎢薄膜機械性質、抗磨耗性與應用於切削工具之磨潤特性研究

氧化鎢（Tungsten oxide,WO3）薄膜具有化學穩定性及數個過渡相，適當的控制氧化鎢的化學劑量比與組織、結構等，有利於提昇薄膜的機械性質，且有研究指出氧化鎢薄膜具抗磨耗特性，在機械工業上具有應用潛力。本研究利用電沉積法來製備氧化鎢薄膜，首先進行製程參數探討與特性分析，分別在氧化銦錫 (ITO) 導電玻璃以及SKD-11工具鋼上進行鍍膜，經由控制沉積時間及熱處理條件獲得不同膜厚與結晶型態等物理特性，以求出薄膜製程的最佳化參數。接著再以SEM、XRD、奈米壓痕機、磨耗試驗機等儀器對薄膜進行量測分析，進一步探討製程參數對薄膜的表面粗糙度、結晶性、硬度、楊氏係數與抗磨耗等特性之影響。實驗結果顯示，適當控制製程參數可以在平整之基板表面上形成均勻且完整的氧化鎢薄膜，而後續熱處理為影響氧化鎢薄膜結晶性的主要因素，在未經退火及400℃以下的熱處理條件，薄膜呈非晶態；在經過500℃ 以上的熱處理條件時呈現立方晶結構。而薄膜的表面粗糙度、硬度、楊氏模數等性質則受到結晶性的影響，非晶型態的薄膜表面粗糙度較低，而經過熱處理之薄膜因晶粒逐漸成長而具有較大的表面粗糙度；而經過500℃ 以上熱處理後，表面粗糙度下降，實驗結果顯示薄膜親疏水性質與表面粗糙度大小有關。另一方面，由奈米壓痕試驗機量測分析結果發現，在 SKD-11 工具鋼上電沉積氧化鎢薄膜的楊氏模數與硬度值隨熱處理上升而提高。磨耗試驗的結果證實本研究之氧化鎢薄膜具有一定程度的抗磨耗能力，其中又以經過500℃ 以上熱處理的氧化鎢薄膜抗磨耗特性較佳。