Page 146 - 《摩擦学学报》2021年第4期

第 4 期 李瑞云, 等: 非晶碳薄膜固体超滑设计的滚-滑原则 589

烯层状结构的存在，而且会观察到石墨烯纳米卷的形 作用下包裹非晶结构颗粒形成卷曲石墨烯结构，摩
成. 而对于FLC，在高的载荷下产生纳米颗粒状磨屑， 擦界面接触方式转变为点-面接触，摩擦过程也转
磨屑尺寸小、非定向并高度卷曲和交联. 此过程中，在 变为滚动摩擦，从而实现非公度接触，引起摩擦系
[22]
摩擦界面上形成层状石墨烯和颗粒状石墨烯纳米卷 数的降低(0.015) . 无定形碳薄膜/钢球对摩，如图9
等多结构共存的状态，实现非公度接触，从而产生超 所示，在最开始(<300 r)由于对偶球上转移膜的存
滑(摩擦系数为0.005). 该摩擦过程既包括滚动摩擦， 在，形成a-C：H/ a-C：H接触界面；随着摩擦过程的

也涉及滑动摩擦. 继续(>700 r)，强剪切力使得a-C：H薄膜原有的C-H
非晶碳薄膜需要高温高压作用才能克服摩擦界 键遭到破坏，H原子以H 形式被释放，由无序化sp 3
2
2
面高的剪切强度，在摩擦界面上也可形成多结构共 结构向类石墨烯的sp 结构转化；最后在摩擦过程
存状态，比如非晶结构、类石墨结构或卷曲石墨烯 中形成二维石墨纳米层，进一步转化为相对有序，
[54]
结构. 很可能归咎于配偶面金属催化的作用 ，非晶 具有层状外壳的类洋葱结构，使得摩擦系数降低
[55]
碳薄膜中的非晶结构被转变为石墨烯，同时在摩擦 (0.005) .

(a) (b)
700 cycles 700 cycles

50 μm 5 nm

(c) 1 000 cycles (d) 1 000 cycles
Well formed

20 nm 5 nm

(e) (f)
2 400 cycles 2 400 cycles

Destroyed

20 nm 5 nm

Fig. 9 TEM micrographs of the wear debris [55]
图 9 磨屑的TEM图像 [55]