Page 168 - 《摩擦学学报》2021年第6期

第 41 卷 第 6 期 摩 擦 学 学 报 Vol 41 No 6
2021 年 11 月 Tribology Nov, 2021

DOI: 10.16078/j.tribology.2020231

钛合金表面DLC薄膜的制备及其与不同

材料配副的摩擦学性能研究

1*
1
1,2
孙建芳 , 唐邕涛 , 苏峰华 , 李助军 3
(1. 华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广东 广州 510641;
2. 清华大学 摩擦学国家重点实验室, 北京 100084;
3. 广州铁路职业技术学院 机械与电子学院, 广东 广州 510430)

摘 要: 利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在钛合金TC4表面制备了梯度结构DLC薄膜，并研究了DLC薄
膜微观形貌结构、力学性能以及不同对偶球材料(包括4种陶瓷与4种金属材料)对其摩擦学性能的影响. 结果表明：
所制备的梯度结构DLC薄膜表面相对光滑平坦且与基底结合紧密，具有良好的力学性能；对于陶瓷球/DLC配副，在
摩擦过程中由于对偶球硬度较大且耐磨，从而在陶瓷球表面易于形成稳定的碳质转移膜，SiC/DLC、Si 3 N 4 /DLC和
ZrO 2 /DLC表现为轻微的磨粒磨损和黏着磨损，而Al 2 O 3 球表面的碳元素含量较高使得DLC薄膜虽然发生破损和剥
落但其摩擦系数仍保持在较低水平；金属球/DLC与陶瓷/DLC相比较，由于金属对偶球硬度较低，在摩擦过程中碳
质转移膜无法稳定地覆盖在金属球，引起较高的摩擦系数，Al/DLC主要表现为严重的磨粒磨损，而Brass/DLC、
304SS/DLC和GCr15/DLC主要为轻微的磨粒磨损或黏着磨损；SiC/DLC、ZrO 2 /DLC、304SS/DLC和GCr15/DLC的
DLC薄膜均具有较低的摩擦系数和磨损率且对偶球的磨斑较小，故其为较合理的摩擦副. 赫兹接触分析表明，陶瓷
/DLC中除了ZrO 2 /DLC，平均摩擦系数和计算接触半径的变化趋势是一致的，而在金属/DLC中并未发现这一规律.
关键词: 钛合金; DLC薄膜; 对偶球; 摩擦磨损; 赫兹接触分析
中图分类号: TH117.3 文献标志码: A 文章编号: 1004-0595(2021)06–0953–11

Synthesis of DLC Film on Titanium Alloy and Its Tribological

Property Sliding against Different Mating Materials

1,2
1*
1
SUN Jianfang , TANG Yongtao , SU Fenghua , LI Zhujun 3
(1. School of Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology,
Guangdong Guangzhou 510641, China
2. State Key Laboratory of Tribology, Tsinghua University, Beijing 100084, China
3. School of Mechanical and Electrical Engineering, Guangzhou Railway Polytechnic,
Guangdong Guangzhou 510430, China)
Abstract: Diamond-like carbon (DLC) film with high hardness and excellent tribological properties, could improve the
tribological performance of titanium alloy. At present, the tribological behavior of DLC film deposited on titanium alloy
surface by the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method, sliding against a variety of different
ceramic and metal materials in air is worth studying. The graded DLC film was deposited on surface of a TC4 titanium

Received 27 October 2020, revised 3 February 2021, accepted 4 February 2021, available online 28 November 2021.
*Corresponding author. E-mail: fhsu@scut.edu.cn, Tel: +86-20-82313996.
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (51775191), the Tribology Science Fund of State
Key Laboratory of Tribology of Tsinghua University (SKLTKF19B13) and Guangzhou Basic and Applied Basic Research
Foundation (202102080422).
国家自然科学基金项目(51775191)，清华大学摩擦学国家重点实验室开放基金项目(SKLTKF19B13)和广州市基础与应用基础
研究项目(202102080422)资助.