Page 171 - 《摩擦学学报》2021年第6期

956 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

(a) G peak (b)
D peak

Intensity/a.u. Ti-6Al-4V Ti/TiN/TiNC/DLC Resin

EDS line scan

5 μm
800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000
Raman shift/cm −1
(c) (d)
C
Ti
N
Content

300 μm
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Depth from start point to surface/μm

Fig. 1 (a) Raman spectrum, (b) SEM micrograph of cross-section and (c) surface, (d) section line scans the component of
Ti/TiN/TiNC/DLC film
图 1 Ti/TiN/TiNC/DLC薄膜的(a)拉曼光谱，(b)断面和(c)表面形貌以及(d)断面线扫描成分

及最外层的C元素，薄膜为梯度过渡的Ti/TiN/TiNC/DLC 实时摩擦曲线、平均摩擦系数和磨损率对比数据图.
的复合薄膜，Ti/TiN/TiNC过渡层较薄，DLC膜层较厚 由图2(a)可知，摩擦过程分为初始摩擦阶段和稳定摩
且为主要的功能层. 划痕试验测得薄膜的膜基结合力 擦阶段，Al O /DLC和ZrO /DLC摩擦副的摩擦系数曲
2
3
2
约为34 N，说明引入复合过渡层能够缓解薄膜内应力 线变化相对稳定，而SiC/DLC与Si N /DLC摩擦副的摩
3 4
且可防止DLC薄膜脱落 [23-24] ；纳米压痕测得薄膜的弹 擦系数曲线波动较大. 图2(b)给出了平均摩擦系数和
性模量和硬度分别为117 GPa和14.4 GPa，说明所制备 DLC薄膜的磨损率对比数据，在稳定摩擦阶段，Al O /
3
2
的薄膜具有较好的力学性能. DLC、SiC/DLC、Si N /DLC和ZrO /DLC的平均摩擦系
3 4 2
2.2 DLC薄膜与不同陶瓷球的摩擦磨损性能分析 数分别为0.110、0.094、0.096和0.077，对应的DLC磨损
−6
−6
−6
图2给出了DLC薄膜与4种陶瓷球进行干摩擦的 率分别为1.632×10 、0.498×10 、0.669×10 和0.245×
0.25 3.5 0.14
(a) Al 2 O 3 (b) Wear rate
SiC 3.0 Average friction coefficient 0.12
Si 3 O 4
0.15
Friction coefficient 0.10 Waer rate/[10 −6 mm 3 /(N·m)] 2.0 0.10 Average friction coefficient
2.5
ZrO 2
1.5
0.08
1.0
0.05

0.0
0.01
0.00 0.5 0.06
0 1 000 2 000 3 000 4 000 Al 2 O 3 SiC Si 3 O 4 ZrO 2
Time/s Mating materials

Fig. 2 (a) Real-time friction coefficient, (b) average friction coefficients and wear rates for different ceramics/DLC film tribo-pairs
图 2 陶瓷球/DLC摩擦副的(a)实时摩擦系数曲线和(b)平均摩擦系数和磨损率