Page 29 - 《摩擦学学报》2021年第2期

174 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

0.25 7
Pristine
1 MGy
0.20 Load: 8 N 5 MGy 6
10 MGy
13.5 MGy
Friction coefficient 0.15 Full amplitude: 6 mm Wear rate/[10 −8 mm 3 /(N·m)] 5 4
Frequency: 6 Hz
Counterpart: Si 3 N 4 ball
0.10
Ball diameter: 6 mm
0.05 3

0.00 2
0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 0 5 10 15
Time/s Irradiation dose/MGy
(a) Friction coefficient of the a-C:H films (b) Wear rate of the a-C:H films

Fig. 7 Friction coefficient and wear rate of the a-C:H films with respect to the irradiation dose
图 7 a-C:H薄膜的摩擦系数和磨损率随辐照剂量的变化曲线

加和CH结构的改变是摩擦系数和磨损率上升的主要 参 考 文 献
2
原因. 一方面，薄膜内类石墨的sp 结构下降而类金刚 [ 1 ] Xue Qunji, Wang Liping. Diamond-like carbon based film
3
石的sp 含量上升，在摩擦过程中滑行界面的石墨化程 material[M]. Beijing: Science Press, 2012(in Chinese) [薛群基, 王
度降低，摩擦系数上升，磨损率增加；另一方面，γ辐照 立平.类金刚石碳基薄膜材料[M].北京: 科学出版社, 2012].
使得薄膜内C-H键断裂，薄膜内的悬键数量增多，薄膜 [ 2 ] Liu Weimin, Weng Lijun, Sun Jiayi. Handbook of space lubrication
materials and technology[M].Beijing: Science Press, 2009(in
的表面活性增加，摩擦时阻力增大.

Chinese) [刘维民, 翁立军, 孙嘉奕.空间润滑材料与技术手册
3 结论 [M].北京: 科学出版社, 2009].
[ 3 ] Ivkova T M, Liechtenstein V K, Olshanski E D. Preparation and
2
a. 微观组织分析表明，经γ辐照后a-C:H薄膜内sp /sp 3 application of ultra-thin superstrong diamond-like carbon targets for
杂化碳原子含量比下降，且在13.5 MGy剂量辐照样品 laboratory and space experiments[J]. Nuclear Instruments and
的TEM形貌中观察到辐照使得结构更加无序化. 薄膜 Methods in Physics Research Section A: Accelerators,
2
3
存在由sp 杂化C原子结构向sp 杂化C原子结构转变的 Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 1995, 362(1):
77–80.
趋势. 同时经FITR和TDS结果可知，辐照使得薄膜内
[ 4 ] Huang Zhihong, Yang Dou, Fu Dejun, et al. Effect of carbon content
C-H键发生断裂，加热时辐照a-C:H薄膜内的氢原子以
of CrC interlayer on the adhesion of CrC/a-C:H coatings[J]. Surface
H 的方式优先脱附出来. Technology, 2019, 48(4): 168–174 (in Chinese) [黄志宏, 杨豆, 付
2
b. 力学性能测试表明，经γ辐照后a-C:H薄膜的硬 德君, 等. CrC中间层碳含量对CrC/a-C:H涂层附着力的影响[J]. 表
度和弹性模量逐渐增加，当辐照剂量达13.5 MGy时， 面技术, 2019, 48(4): 168–174].
薄膜的硬度和弹性模量分别达14.5和103.2 GPa. 同时 [ 5 ] Levin J, Knoll L, Scheffel M, et al. Application of ultrathin
高剂量下γ辐照诱发的应力增加引起a-C:H薄膜的局 diamond-like-carbon targets to Coulomb explosion imaging[J].
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B:
部脱落.
Beam Interactions with Materials and Atoms, 2000, 168(2):
c. 摩擦试验表明，经伽马辐照后，a-C:H薄膜的摩
268–275. doi: 10.1016/S0168-583X(99)00908-8.
擦系数由原始的0.02增加到13.5 MGy剂量样品的 [ 6 ] Wang Xiongwei, Chai Liqiang, Pang Xianjuan, et al. Influence of
3
−8
0.05，磨损率也由原始样品的2.43×10 mm /(N·m)增 salt spray test to DLC film on tribological properties[J]. Tribology,
−8
3
加为经13.5 MGy剂量辐照后的5.95×10 mm /(N·m). 2018, 38(4): 453–461 (in Chinese) [王雄伟, 柴利强, 逄显娟, 等. 盐
综上所述，辐照引起a-C:H薄膜硬度和弹性模量 雾腐蚀对DLC薄膜摩擦学性能的影响[J]. 摩擦学学报, 2018,
的上升，同时诱发薄膜应力的增加，甚至使得薄膜发 38(4): 453–461].
[ 7 ] Guan Xiaoyan, Wang Yongxin, Wang Liping, et al. Progress in
生局部脱落. 而辐照引起的薄膜的摩擦系数和磨损率
tribological performances of carbon-based films in liquid lubrication
轻微增加. 该结果说明对于a-C:H薄膜在γ辐照环境下
environments[J]. Tribology, 2017, 37(2): 270–282 (in Chinese) [关
的服役行为，其应力的增加是制约其应用的更为关键 晓艳, 王永欣, 王立平, 等. 非晶碳基薄膜材料水环境摩擦学研究
的因素. 进展[J]. 摩擦学学报, 2017, 37(2): 270–282].