Page 145 - 《摩擦学学报》2021年第4期

588 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

1 000 0.10
(a) (b)
0.025
800 Hardness 18.4±0.5 GPa 0.08 0.020
Elastic modulus 102.5±3.2 GPa
Elastic recovery rate 92%±1% 0.06 Friction coefficient, μ 0.015 Superlubricity
Load/μN 400 Friction coefficient, μ 0.04 0.010
600
0.050
d ree 0.000 20 000 40 000 60 000
200 0.02 Number of sliding cycles
d max
0 0.00
0 10 20 30 40 50 0 1 2 3 4 5 6
Displacement/nm Number of sliding cycles/10 4
(c) (d)
0.35 nm
Core

Shell
Graphitic
layers

Graphitic layers
Onion-like carbon
5 nm 5 nm

Fig. 7 (a) Nanoindentation load-displacement curves and (b) friction coefficients of the COs/a-C films；
[52]
(c~d) HRTEM micrographs of COs in wear debris
图 7 (a)纳米压痕曲线；(b) COs/a-C薄膜摩擦系数曲线；(c~d)磨屑HRTEM图像 [52]

−18
3
率低至6.4×10 m /(N m). 基于纳米结构的设计，纳米 成有效减小了微观尺度上对偶面间的实际接触面积，
尺寸的滚动颗粒被引入碳薄膜，并证实了滚动摩擦的 当壳-核结构颗粒足够多时，宏观尺度上实际接触面
[52]
存在 . 积将显著减少，从而实现超滑(低摩擦). 但是滚动摩擦
综上，在摩擦过程中，富勒烯、碳洋葱等卷曲结构 机理也受限于环境，它的实现发生在大气或者湿度气
的形成是超滑实现的关键因素(图8). 壳-核结构的形 氛中.

(a) Sliding eirection (b) 0.08
F N
FLC/FLC
Friction coefficient 0.04 Atmosphere: dry N 2
Counterface 0.06 Load: 8 N
Sliding speed: 16 cm/s
Transfer film
Contact area 0.02
Particles
Carbon film
0.00
0 1 000 2 000
Substrate
Sliding cycles
[42]
Fig. 8 (a) Diagram of rolling friction mechanism；(b) frictional behavior
图 8 (a)滚动摩擦机理示意图；(b)摩擦系数图 [42]

1.3 滚动-滑动共存摩擦机理 和硅基底上沉积了GLC和FLC碳薄膜作为配偶对. 在
滚动-滑动共存机理则是指贫氢碳薄膜的摩擦界 相同载荷下GLC再杂化速率高于FLC，GLC在低载荷
面同时有石墨烯层状结构和核-壳结构的存在. 即摩擦 下快速形成大量含有2~5 nm层状石墨烯的磨屑，进一
过程同时发生滚动摩擦和滑动摩擦. 步在摩擦作用下沿着特定方向，重排形成低剪切强度
[53]
在我们已有工作中 ，通过PECVD法分别在钢球 的完整有序石墨烯层；在高载荷下(>8 N)，不仅有石墨