Page 91 - 《摩擦学学报》2021年第1期

88 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

LCS10)，脉冲波长为1 064 nm，平均功率30 W. 表面喷 喷砂压力来达到调节表面形貌的目的. 具体的织构化
砂处理使用直径为100目的玻璃砂，通过改变不同的 工艺列于表2中.

表 2 表面织构的工艺参数
Table 2 Process parameters of textured samples
Laser texturing before coating Sandblasting before coating Laser texturing after coating
Diameter/mm Average friction coefficient Pressure/psi Average friction coefficient Width/mm Average friction coefficient
0.1 0.233 3 20 0.113 1 0.01 0.098 1
0.5 0.113 8 30 0.111 5 0.05 0.120 6
1 0.113 7 40 0.111 9 0.1 0.116 0

1.2 涂层表征 定在摩擦试验机的旋转模块上，划定测试面积为1 cm 2
使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM，JSM.7610NF) 的正方形区域，使用定量移液枪将105 μL的聚α烯烃
和非接触式表面三维轮廓仪(MicroXAM-800，Kla- (Poly-alpha olefin，PAO)润滑油垂直滴落在涂层表面，
Tencor)对涂层的厚度以及表面形貌进行表征；通过拉 在400 r/min的转速下旋转10 s，观察PAO润滑油的流
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曼光谱仪(LabRAM HR Evolution，Horiba)来检测DLC 动情况. 以划定的1 cm 区域作为判定范围(如图1中白
涂层的拉曼信号. 色正方形框所示). 判定储油性能好坏与否的标准如
相较于平面样品，管道内表面具有明显的曲率， 下：如果织构化处理后的涂层润湿性和储油效果良
使用传统的接触角测量法来评价润湿和储油性能并 好，则油液不会因为旋转而外溢到标定范围之外；若
不合适. 因此，我们采用如下图1所示的载油高速旋转 织构化涂层的润湿和储油效果不理想，则可能造成油
法来进行表征，具体过程如下：将切开的管道样品固 液在离心力的作用下向外爬升，甚至外溢到样品之外.

(a) (b)
Textured surface
PAO
PAO

Coating pipe

Fig. 1 Comparison of traditional contact angle measurement (a) and the rotation method (b) used in this study to
characterize the wettability of DLC coatings
图 1 (a)传统的接触角测量与本次研究所采用的(b)旋转法表征润湿性的对比

采用球盘式线性往复摩擦模块(TRB ，Anton Paar)， DLC top layer
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研究了不同织构图案处理后DLC涂层在油润滑条件 Load Gradient Si-DLC layer
Si interlayer
下的摩擦学行为(载荷5 N，滑动频率5 Hz，行程长度6 mm，
Friction pair Substrate
试验时间1 h，试验温度为室温)，具体原理如图2所示.
PAO
采用PAO作为润滑介质，在此频率和接触载荷下，界
面处于边界润滑状态.

2 结果与讨论

Fig. 2 Schematic diagram of the linear reciprocating friction
2.1 DLC涂层的表面形貌和结构 of DLC coating on the inner surface of a pipe
原始DLC涂层的断面形貌如图3(a)所示，涂层分 图 2 管道内表面涂层线性往复摩擦示意图