Page 172 - 《摩擦学学报》2021年第6期

第 6 期 孙建芳, 等: 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 957

(a) (b)

300 μm 300 μm

(c) (d)

300 μm 300 μm

Fig. 3 SEM micrographs of wear tracks of DLC films sliding against different ceramic balls: (a) Al 2 O 3 /DLC；
(b) SiC/DLC；(c) Si 3 N 4 /DLC；(d) ZrO 2 /DLC
图 3 与不同陶瓷球摩擦的DLC薄膜磨痕扫描电镜照片：(a)Al 2 O 3 /DLC；(b)SiC/DLC；(c)Si 3 N 4 /DLC；(d)ZrO 2 /DLC

表 3 与陶瓷球摩擦后的DLC磨痕表面典型元素的相对原子分数(%)
Table 3 Relative atomic fractions of the wear tracks of DLC films after sliding against ceramic balls (%)

Relative atomic fraction/%
Wear tracks of DLC films
C O Al Si Zr Ti Others
Al 2 O 3 /DLC 37.03 5.75 2.26 − − 51.21 3.75
SiC/DLC 79.05 18.37 − 2.28 − 0.29 0.01
Si 3 N 4 /DLC 64.55 22.62 − 10.18 − 0.46 2.19
ZrO 2 /DLC 83.59 12.16 − − 3.77 0.48 0

3
−6
10 mm /(N·m). 有少量浅沟，磨损机理为轻微的磨粒磨损. 4种不同陶
图3给出了与不同陶瓷球摩擦后DLC表面磨损形 瓷球摩擦后DLC薄膜的磨痕均检测出少量对偶球的
貌的SEM照片，表3给出了通过EDS测试的DLC磨痕 元素成分，说明对偶材料有一部分向薄膜转移，磨痕
表面磨屑的元素. 由图3可知，不同对偶球对薄膜磨痕 中氧元素表明薄膜经过摩擦发生了轻微氧化. 梯度的
形貌有不同影响. 球-盘干摩擦60 min后，与Al O 摩擦 TiN/TiCN缓冲了薄膜沉积产生的应力，强化膜层交互，
2
3
的DLC磨损最严重，磨痕宽度和深度分别约为300 μm 增强了其承载能力，导致薄膜耐磨性强，磨损量低.
和4 μm，薄膜发生较严重的破损和剥落，低摩擦系数 图4给出了与DLC薄膜摩擦后不同陶瓷球磨斑形
说明并未摩擦至钛合金基底，表面较高的Ti元素含量 貌的SEM照片. 从图4(a~d)可知，陶瓷球磨损轻微，表
说明DLC严重磨损且磨痕已至过渡层. 与Si N 和 面划痕较少，有轻微的脆性剥落，Al O 、Si N 、SiC和
4
2
4
3
3
3
SiC摩擦的DLC磨痕表面出现明显的犁沟和黏着斑 ZrO 对偶球的磨损范围直径分别约为300、280、250和
2
坑，前者磨损程度较高，两种摩擦副的磨损机理为轻 150 μm. 通过EDS分别测试图4中陶瓷球磨斑P1、P2、
微的磨粒磨损和黏着磨损. 与ZrO 摩擦的DLC磨痕最 P3和P4区域的化学元素，典型元素的相对原子分数值
2
窄，宽度约150 μm，深度约0.1 μm，磨痕整体光滑，仅 列于表4中. 由表4可知，所有陶瓷球的磨斑上都发现