Page 24 - 摩擦学学报2025年第4期
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512                                    摩擦学学报（中英文）                                        第 45 卷

            示. 结合图9可知，当t/R=0.02和0.04时，界面最大拉伸
                                                               参 考 文 献
            应力随h/t先增加后减小，因此其最大值并不在断裂临
                                                               [  1  ]   Sun  Fanxin,  Shi  Yanbin,  Pu  Jibin,  et  al.  Service  performance
            界压入深度处取得. 而其余t/R条件下，该数值随h/t基                           evaluation  of  solid-lubrication  coating  on  harmonic  gear  reducer
            本呈现单调递增趋势. 因此，当最大压入深度不超过                               surface in harsh space environment[J]. China Surface Engineering,
            断裂临界压入深度时，界面的最大法向拉伸应力和最                                2023, 36(5): 76–87 (in Chinese) [孙繁新, 史彦斌, 蒲吉斌, 等. 苛刻
                                                                   空间环境下固体润滑涂层在谐波齿轮减速器表面的服役性能评
            大切向应力分别如图12(c)和(d)所示，图12中标出的数
                                                                   价[J]. 中国表面工程, 2023, 36(5): 76–87]. doi: 10.11933/j.issn.
            值为环形裂纹限制下的界面最大承载应力. 当σ                    max 不        1007-9289.20221118001.
            变时，随着t/R的增大，界面所承受的最大法向拉伸应                          [  2  ]   Zhao  Fengping,  Li  Shuxin,  Pu  Jibin,  et  al.  Failure  mechanism  of
            力显著增加[图12(c)]. 由于基体塑性变形，接触区内界                          rolling  contact  fatigue  of  magnetron-sputterred  DLC  film  on
                                           √
            面切向应力最大值均迫近0.6σ (            1/ 3σ )，t/R的影响            martensite  steel[J].  Tribology,  2022,  42(1):  153–162  (in  Chinese)
                                      ys       ys
                                                                   [赵凤平, 李淑欣, 蒲吉斌, 等. 马氏体钢表面磁控溅射类金刚石薄
            不明显，如图12(d)所示. 当薄膜断裂强度足够大(即薄
                                                                   膜滚动接触疲劳失效机理[J]. 摩擦学学报, 2022, 42(1): 153–162].
            膜抗断裂能力足够强)，临界压入深度可触发接触区
                                                                   doi: 10.16078/j.tribology.2020244.
            外的最大值[图12(d)中箭头所示]，从而优先引发接触                        [  3  ]   Jain A, Vashishtha N, Kannan P R. Effect of WC/C coated rolling
            区外的界面分层.                                               element  to  improve  bearing  life[J].  Surface  Engineering,  2023,
                综上所述，为了避免断裂和分层相互影响，应选                              39(1): 74–89. doi: 10.1080/02670844.2023.2191885.
                                                               [  4  ]   Ma Yansheng, Hu Jiangfeng, Dong Xuecheng. A review of physical
            择较大的t/R从而在较小压入深度作用下引发足够大
                                                                   vapor deposition coatings for rolling bearings[J]. Proceedings of the
            的界面法向拉伸应力以评价界面法向结合性能；而考
                                                                   Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering
            虑到基体的塑性变形限制界面最大切向应力，t/R对界                              Tribology,   2022,   236(4):   786–803.   doi:   10.1177/
            面切向应力的影响较小，但是t/R较大容易导致较高的                              13506501211024106.
            拉伸主应力，从而更容易触发薄膜断裂，在评价界面                            [  5  ]   Etsion  I,  Halperin  G,  Becker  E.  The  effect  of  various  surface
                                                                   treatments on piston pin scuffing resistance[J]. Wear, 2006, 261(7-
            切向结合性能时，因此应选择较小的t/R.

                                                                   8): 785–791. doi: 10.1016/j.wear.2006.01.032.
                                                               [  6  ]   Xie Z H, Singh R, Bendavid A, et al. Contact damage evolution in a
            3    结论
                                                                   diamond-like carbon (DLC) coating on a stainless steel substrate[J].
                a. 膜基系统的球形微米压痕过程中承载状态大                             Thin Solid Films, 2007, 515(6): 3196–3201. doi: 10.1016/j.tsf.2006.
            体分为薄膜承载、薄膜-基体共同承载和基体承载等                                01.035.
                                                               [  7  ]   Kang  Jiajie,  Xu  Binshi,  Wang  Haidou,  et  al.  Competing  failure
            3个主要阶段，薄膜主要变形状态分别为弹性平滑变
                                                                   mechanism and life prediction of plasma sprayed composite ceramic
            形、弯曲变形和拉伸变形.
                                                                   coating  in  rolling–sliding  contact  condition[J].  Tribology
                b. 不同接触几何参数t/R条件下，薄膜最大拉伸主                          International,  2014,  73:  128–137.  doi:  10.1016/j.triboint.2014.01.
            应力的演化行为显著不同：当t/R较大(t/R≥0.08)和较                         014.
            小(t/R≤0.01)时，该应力分别位于底部弯曲变形区域                       [  8  ]   Luo  Yi,  Ding  Haohao,  Guo  Jun,  et  al.  Coating  life  and  failure
                                                                   mechanism  of  TiN  coating  under  sliding  wear  condition  with
            和表面接触区外缘拉伸变形区域；当0.02≤t/R≤0.067
                                                                   different  normal  loads[J].  Tribology,  2022,  42(5):  978–989  (in
            时，该位置将由底部转移到表面，潜在断裂形式亦由                                Chinese) [罗亿, 丁昊昊, 郭俊, 等. 不同法向载荷下TiN涂层磨损
            径向裂纹转变为环形裂纹，且转变点临界压入深度和                                寿命与失效机理研究[J]. 摩擦学学报, 2022, 42(5): 978–989]. doi:
            临界应力数值与t/R之间存在线性对应关系.                                  10.16078/j.tribology.2021128.
                c. 随着t/R的增大，卸载过程中的界面最大法向应                      [  9  ]   Abdul-Baqi  A,  van  der  Giessen  E.  Delamination  of  a  strong  film
                                                                   from a ductile substrate during indentation unloading[J]. Journal of
            力增加，发生拉伸分层的可能性增加；而随着t/R的增大，
                                                                   Materials  Research,  2001,  16(5):  1396–1407.  doi:  10.1557/JMR.
            界面最大切向应力随之轻微减小，但由于基体的塑性变                               2001.0195.
                                                     √
            形，其最大值均接近其剪切屈服强度0.6σ  (                1/ 3σ ，     [10]   Abdul-Baqi  A,  Van  der  Giessen  E.  Indentation-induced  interface
                                                        ys
                                                ys
            σ 为基体屈服强度).                                            delamination of a strong film on a ductile substrate[J]. Thin Solid
             ys
                d. 为避免断裂和分层相互影响，评价界面法向结                            Films, 2001, 381(1): 143–154. doi: 10.1016/s0040-6090(00)01344-4.
                                                               [11]   Jiang  Z  T,  Li  Y  G,  Lei  M  K.  An  inverse  problem  in  estimating
            合性能时应选择较大的t/R；评价界面切向结合性能
                                                                   fracture  toughness  of  TiAlN  thin  films  by  finite  element  method
            时，考虑到t/R对界面切向应力影响较小，而t/R较大容
                                                                   based  on  nanoindentation  morphology[J].  Vacuum,  2021,  192:
            易触发薄膜断裂，应选择较小的t/R.                                     110458. doi: 10.1016/j.vacuum.2021.110458.
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