Page 174 - 《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 959

0.5 1.6 0.40
(a) Al (b) Wear rate
Brass 1.4 Average friction coefficient 0.35
0.4 304 SS 1.2 0.30
Friction coefficient 0.3 Waer rate/[10 −6 mm 3 /(N·m)] 1.0 0.25 Average friction coefficient
GCr15

0.20
0.8
0.2
0.6
0.15
0.1 0.4 0.10
0.05
0.2
0.0 0.0 0.00
0 1 000 2 000 3 000 4 000 Al Brass 304 steel GCr15
Time/s Mating materials

Fig. 5 (a) Real-time friction coefficient and (b) average friction coefficients and wear rates of different metals/DLC film tribo-pairs
图 5 金属球/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

副的摩擦系数曲线波动较大. 图5(b)给出了平均摩擦 貌的SEM照片，表5给出了通过EDS测试的DLC薄膜
系数和DLC薄膜的磨损率对比数据，在稳定摩擦阶 磨痕表面元素. 如图6所示, 与Al对偶球摩擦的DLC磨
段，Al/DLC、Brass/DLC、304 SS/DLC和GCr15/DLC的 痕宽度和深度分别约为600 μm和0.3 μm，磨痕上的犁
平均摩擦系数分别为0.148、0.256、0.131和0.174，对应 沟为边缘深而中心浅，其磨损机理为严重的磨粒磨损.
−6
-6
的DLC磨损率分别为1.009×10 、0.132×10 、0.148×10 −6 由表5可知，磨痕表面存在Al元素，较大的硬度差使铝
−6
和0.202×10 mm /(N·m). 由图2和图5比较可知，金属 球向较硬的薄膜发生材料转移，易被氧化的纯铝在摩
3
球/DLC摩擦副的摩擦系数均大于陶瓷球/DLC摩擦副 擦作用下产生了硬质氧化物磨粒，一方面硬度大的氧
的摩擦系数，与金属球配副的DLC磨损率小于与陶瓷 化铝磨粒对DLC薄膜进行严重的微切削，另一方面可
球配副的磨损率. 能对薄膜有一定催化降解效果，导致对应DLC薄膜磨
图6给出了与不同金属球摩擦后DLC表面磨损形 损率最大，在摩擦过程中磨粒富集在磨痕边缘并对边

(a) (b)

500 μm 500 μm

(c) (d)

300 μm 300 μm

Fig. 6 SEM micrographs of wear tracks of DLC films sliding against different metal balls: (a) Al; (b) Brass; (c) 304SS; (d) GCr15
图 6 与不同金属球摩擦的DLC薄膜磨痕形貌扫描电镜照片：(a) Al；(b) Brass；(c) 304 SS；(d) GCr15