Page 17 - 摩擦学学报2025年第5期

第 5 期 冯海燕, 等: 油田环境下Si/N-DLC涂层的摩擦磨损行为及润滑机理 651

(a) (b) (c)

1 μm 1 μm 1 μm
Si 100 /N 0 Si 80 /N 20 Si 60 /N 40

2.58±0.02 μm 2.51±0.01 μm
2.20±0.03 μm

2 μm 2 μm 2 μm

(d) (e) (f)

1 μm 1 μm 1 μm
Si 40 /N 60 Si 20 /N 80 Si 0 /N 100

2.09±0.04 μm 2.36±0.02 μm
2.30±0.01 μm
2 μm 2 μm 2 μm

Fig. 1 SEM micrographs of surface and cross-sectional morphologies of the Si/N-DLC coatings under the different
SiH 4 /N 2 ratio: (a) Si 100 /N 0 ; (b) Si 80 /N 20 ; (c) Si 60 /N 40 ; (d) Si 40 /N 60 ; (e) Si 20 /N 80 ; (f) Si 0 /N 100
图 1 不同SiH 4 /N 2 流量比条件下沉积的Si/N-DLC涂层的表面与断面形貌的SEM照片：(a)Si 100 /N 0 ；
(b)Si 80 /N 20 ；(c)Si 60 /N 40 ；(d)Si 40 /N 60 ；(e)Si 20 /N 80 ；(f)Si 0 /N 100
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状态. 而掺杂的Si原子倾向于取代sp -C杂化中的C原 层体系以Si N 为代表，其C 1s分别被分解为6个(Si-
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子，进而破坏芳香环结构，增加涂层中的sp -C分数. 因 C、C=C、C-C、C-O、C=O和O-C=O键)、8个(Si-C、C=C、
此，随着SiH /N 流量比的减小，N掺杂作用逐渐增强， C-C、C-N、C-O、C=N、C=O和O-C=O键)和7个(C=C、
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而Si的作用减弱，从而使得涂层结构发生石墨化转变. C-C、C-N、C-O、C=N、C=O和O-C=O键)洛伦兹-高斯
图4所示为上述Si/N-DLC涂层的XPS全谱和对应 峰 [39-41] ，每个拟合峰对应的结合能如图5(a)所示. 图5(b)
的元素含量. 结果表明随着SiH /N 流量比的减小，Si 所示为上述C 1s各拟合峰对应的峰面积百分比，可反
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元素原子分数从6.98%减少到0.00%，对应的N元素原 映其相对含量. C=C (sp -C)是Si/N-DLC涂层中C元素
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子分数从0.00%逐渐增加到6.37%. 此外，O含量逐渐 的主要结合方式，且随着SiH /N 流量比的减小而逐渐
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降低，与Si元素含量变化一致，表明在Si/N-DLC涂层 增加，同时伴随着C-C (sp -C)和C-Si键占比的减小以
中，O元素更倾向于与Si元素键合，形成硅氧化物. 为 及C-N和C=N键相对占比的增加，表明涂层碳结构随
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深入分析上述不同SiH /N 流量比条件下沉积的Si/N- SiH /N 流量比的减小从sp -C向sp -C转变，即石墨化
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DLC涂层的键合结构，对上述所有涂层样品的XPS的 转变，这与Raman结果一致. 此外，Si 100 N (Si-DLC)的
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C 1s、Si 2p和N 1s精细谱进行分峰拟合，采用Shirley背 Si 2p精细谱和Si N 100 (N-DLC)的N 1s精细谱可分别被
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[17, 33]
景对谱图进行背景校正，拟合过程所采用的Lorentzian/ 拟合为3个(Si-C、Si-O-C和SiO 键) 和4个(吡啶型N、
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Gaussian比为20%/80%. 吡咯型/羟基吡啶型N、石墨型N和N-O键)洛伦兹-高斯
对于C1s谱而言，按照掺杂元素的不同分为以下 峰 [42-44] ，而Si/N-DLC体系的N 1s和Si 2p谱中额外增加
3种情况：Si-DLC (Si 100 N )、Si/N-DLC (Si N 、Si N 、 了N-Si键(397.7和102.5 eV)的贡献 [33, 42-44] . 同样获得了
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Si N 和Si N )和N-DLC (Si N 100 )，其中Si/N-DLC涂 N 1s和Si 2p谱各拟合峰的峰面积百分比，如图5(d)和(f)
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