Page 107 - 《摩擦学学报》2020年第5期

662 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

涂层的塑性变形量随载荷的增加而增加，磨损率随之 处均出现V O 特征峰. 结合元素成分表以及拉曼结果
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增大. 进行分析，表明VN涂层在不同载荷下的摩擦过程中
图10所示为不同载荷下对摩球的磨斑形貌及对 生成了不同含量的V O 润滑相并转移至Al O 对摩
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应的成分面分布图、元素成分表和拉曼图谱. 由面成 球，载荷越大，转移到对摩球上的转移膜越多. 对比不
分分布图可知，不同载荷下磨斑内部均出现明显的转 同载荷下的磨斑形貌可知，随着载荷增加，磨斑周围
移膜. 如图10 (a)所示，当载荷为10和15 N时，V元素在 的磨屑增多. 载荷越大，磨屑被压的越密实. 此外，随
载荷增加，磨斑面积也增加，与磨痕宽度的变化趋势
磨斑内部均匀分布. 当载荷为20 N时，V元素集中分布
相一致. 表明增大载荷，磨球和涂层之间的接触面积
在磨斑边缘，内部有少量聚集. 利用EDS对磨斑处的
增大. 大载荷易引起更高的摩擦闪温，有利于促使V元
元素含量进行测试，结果如图10 (b)所示，发现随着载
素氧化，进而有助于润滑.
荷增大，磨斑中的V元素含量增加. 进一步对磨斑进行
综上，不同载荷条件下磨痕周围的磨屑处以及对
拉曼测试，结果如图10(c)所示，发现10 N载荷下，拉曼
应的磨斑内部均出现不同含量的V O 润滑氧化相，有
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图谱中主要为Al O 特征峰，未发现V的氧化物的特征 利于减摩润滑. 载荷较大时，界面接触应力增大，在弹
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峰. 增加载荷到15和20 N时，在140、280、404 和990 cm −1
性接触下，大载荷易引起更高的摩擦闪温，有利于促
Al V 使V元素氧化，进而降低摩擦系数. 同时，增大载荷，涂
(a)
层与对摩球接触面积增大，造成磨损率增大.
224 μm
10 N
3 结论
100 μm 100 μm 100 μm
a. 采用阴极真空电弧离子镀制备方法沉积了
VN涂层，涂层结构相对致密，呈柱状方式生长，晶体
229 μm
15 N 类型为NaCl型面心立方结构；涂层具有较高的硬度
(19.00±1.26 GPa)和结合力(114.8 N)，但是涂层较脆，
100 μm 100 μm 100 μm
韧性需进一步改善.
b. 往复式摩擦试验中，VN涂层摩擦系数随载荷
281 μm
20 N 的增加而降低，磨损率随载荷的增加而增加，20 N时
涂层呈现最低的摩擦系数(0.316)和最高的磨损率[1.55×
100 μm 100 μm 100 μm
−6
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10 mm /(Nm)].
(b)
Atomic fraction/% c. 宏观赫兹接触以及摩擦化学反应诱导的V元素
Load
Al O V
的氧化是导致载荷越高摩擦系数越低的主要因素.
10 N 45.58 49.12 5.29
15 N 32.02 39.86 28.12 参 考 文 献
20 N 15.81 42.30 41.89
[ 1 ] Amirif M, Khonsari M M. On the thermodynamics of friction and
(c) wear―a review[J]. Entropy, 2010, 12(5): 1021–1049. doi: 10.3390/
— V 2 O 5
— Al 2 O 3 e12051021.
20 N
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200 400 600 800 1 000
Raman shift/cm −1 nature11475.
Fig. 10 The morphologies, elements mapping results (a), [ 5 ] Glaser A, Surnev S, Ramsey M G, et al. The growth of epitaxial
composition (b) and Raman spectra (c) of the wear scars under VN(111) nanolayer surfaces[J]. Surface Science, 2007, 601(21):
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图 10 VN涂层在不同载荷下的磨斑形貌和面分布图(a)、磨 [ 6 ] Caicedo J C, Zambrano G, Aperador W, et al. Mechanical and
斑成分表(b)以及磨斑的拉曼图(c) electrochemical characterization of vanadium nitride (VN) thin