Page 94 - 《摩擦学学报》2021年第1期
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第 1 期 王新宇, 等: 表面织构对管道内壁碳基涂层润湿性与摩擦学性能影响 91
结合图4的结果我们可以知道，随着喷砂压力的增大， 之间的不均匀接触，摩擦力最初迅速增大，但是在形成
织构涂层的平均孔隙半径也同样增大. 正如图7的结 稳定转移膜之后实现了稳态. 原始涂层样品的曲线经
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果所示，当喷砂压力为1.38×10 Pa(20 psi)时，涂层的 过前期的大范围波动后，大致稳定在0.11左右. 据文献
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储油性能反而比原始涂层更差. 而2.76×10 Pa(40 psi) 报导 ，摩擦系数相对大的波动可归因于转移层的局部
的喷砂压力所形成的大尺寸多孔形貌对润滑油爬升 破裂和颗粒在摩擦接触界面处的相互作用. φ0.1 mm
的阻滞作用有限，过大的间隙使得润滑油可以从中穿 圆环样品的摩擦系数曲线不仅呈现大范围的曲折波
过，爬升到判定范围之外. 动，并且数值上远高于其他三个样品，这说明此工艺反
从图8可以看出，不同于前两个工艺，3号工艺所 而使涂层的摩擦学性能恶化；φ0.5 mm圆环和φ1 mm
制备的DLC涂层对润滑油具有良好的润湿性，在润滑 圆环样品的摩擦曲线非常稳定且高度重合，稳定值大
油与涂层表面接触的短时间内，润滑油便扩散到涂层 约是0.1. 在本次研究的边界润滑条件下，摩擦学行为
表面的类石墨层间隙中，完全铺展于涂层表面. 对于 的变化大部分是由于圆环直径的变化所引起的. 由于
(a)样品，较密的孔隙间距使得润滑油在织构表面上形 摩擦副和样品的相对运动，润滑油可以存储在预设的
成1层均匀的油膜，达到完全浸润的效果. 良好的储油 织构图案中，同时织构也可以捕获磨屑，这都有助于
效果又使得润滑油在高速旋转过程中不会因为离心 提高摩擦性能 [18-19] . 相比于原始涂层，φ0.1 mm圆环样
力的作用而向外爬升. 随着孔隙半径与间距的减小， 品的高摩擦系数是由于密集的环阵导致织构边缘较
浸润的效果越来越差. 正是由于浸润效果的减弱，在 为尖锐，往往存在引起应力集中的边缘效应以及接触
(b)和(c)样品中，润滑油在旋转的过程发生层流，外溢 界面间的刮擦效应，使织构配副与对偶直接接触时的
到边界外. 摩擦增大，对偶的磨损也随之显著增高 [20-21] . φ0.5 mm
2.3 表面织构化处理对DLC涂层摩擦学性能的影响 圆环和φ1.0 mm圆环样品优异的摩擦曲线则说明了在
图9为原始涂层和1号工艺制备的含织构涂层的 相对固定的接触宽度下，像圆环这这种能设计出合适
摩擦系数随摩擦时间的变化曲线. 由于样品与摩擦副 圆环尺寸的织构图案，也可以达到特定织构图案所达
Out of range
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(a) 1.38×10 Pa (20 psi) (b) 2.06×10 Pa (30 psi) (c) 2.76×10 Pa(40 psi)
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Fig. 7 Oil storage performance of textured coatings at a speed of 400 r/min (sand blasting before depositing DLC coatings)
图 7 400 r/min转速下含织构涂层(先喷砂后沉积涂层)的储油性能
