Page 72 - 《摩擦学学报》2021年第2期

第 2 期 景鹏飞, 等: 载荷及位移幅值对DLC薄膜微动磨损行为的影响 217

110 相同载荷时，DLC微动磨损体积与累积摩擦耗散能呈
100 Gross slip regime
Mixed slip regime 显著的线性关系. 斜率为能量磨损系数α，残差(回归
90 DLC
80 系数)为R . 根据摩擦耗散能，可以预估DLC薄膜的磨
2
Normal load/N 60 MSR GSR 损量. DLC薄膜能量磨损系数随着法向载荷的增加而
70
50
减小. 在法向载荷P为50 N时，DLC薄膜有最佳的耐磨
40
30
20 性(即达到最小能量磨损系数). 相应的能量磨损系数
2
10 (α)以及相关的回归系数(R )汇总在表1中. 对于给定的
0
载荷，能量磨损方法既展现了微动磨损过程的稳定
0 50 100 150 200
Displacement amplitude/µm 性，也显示了能量磨损系数与法向载荷之间的相关性.

Fig. 3 Running condition fretting maps of DLC film 2.2.3 DLC磨痕形貌与Raman分析
图 3 DLC薄膜运行工况微动图 不同微动参数条件下DLC薄膜磨痕的表面形貌，
DLC薄膜与GCr15对摩时，摩擦耗散能与循环次 如图7所示. 相同载荷条件下，DLC磨痕区域随位移幅
数呈线性关系. 小的载荷或位移幅值时，摩擦耗散能 值增大而增大. 相同位移幅值条件下，载荷增大，磨痕
增长缓慢. 大的载荷或位移幅值时，摩擦耗散增长开 宽度变大. 通过磨痕截面轮廓也能反映出DLC薄膜的
[18]
始加快. 能量耗散概念 可以用来描述和比较硬质薄 滑移状态. 混合滑移状态下，截面轮廓呈“W”型，完全
[5]
膜的微动磨损性能. 根据能量模型 可知，磨损体积 滑移截面轮廓呈“U”型. 此外，载荷增大使接触面积
V与摩擦接触中的摩擦耗散能E 成正比，即公式(2)，式 变大，磨屑更加难于排出，磨粒磨损程度增加. 总之，
d
中：α为能量磨损系数. 混合滑移比完全滑移情形下的磨损更为严重.
V DLC磨损形式主要为磨粒磨损，沿微动方向出现
α = (2)
了犁沟的均匀分布. 微动状态条件下，磨屑在载荷作
E d
DLC薄膜微动磨损体积与摩擦耗散能的关系如 用下发生黏着，不易排出接触面，随着磨损的进行磨
[19]
图6(b)所示，采用最小二乘法拟合试验数据 ，发现在 屑作为第三体起到了切削作用. 犁沟的出现减小实际

0.05 0.05
P=10 N 25 µm
50 µm
0.04 0.04 100 µm
Friction coefficient 0.03 DLC Friction coefficient 0.03 DLC

0.02
0.02
P=5 N
25 µm
0.01 0.01
50 µm
100 µm
0.00 0.00
0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600
Time/s Time/s
0.20 0.20
25 µm
P=20 N P=50 N
50 µm
0.16 DLC 100 µm 0.16
Friction coefficient 0.12 Friction coefficient 0.12 DLC

0.08
0.08
0.04 0.04 25 µm
50 µm
100 µm
0.00 0.00
0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600
Time/s Time/s

Fig. 4 Friction coefficient curves of DLC film at different loads and displacement amplitude
图 4 不同载荷及位移幅值下DLC的摩擦系数曲线