Page 18 - 摩擦学学报2025年第5期

652 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

(a) (b) 2.5
Si 100 /N 0 Si 80 /N 20
2.00
2.0 1.84
1.51
z/μm z/μm R a /nm 1.5 1.06 1.18
12 12 1.0 0.97
0 0
5 5 0.5
4 3 4 5 4 3 4 5
2 3 2 3 0.0
y/μm 1 1 2 x/μm y/μm 1 1 2 x/μm
0 0 0 0 Si 100 /N 0 Si 80 /N 20 Si 60 /N 40 Si 40 /N 60 Si 20 /N 80 Si 0 /N 100
(c) 3.0
Si 60 /N 40 Si 40 /N 60 2.48
2.4 2.29
1.92
z/μm z/μm R q /nm 1.8 1.23 1.35 1.51
15 15 1.2
0 0
5 5 0.6
4 3 4 5 4 3 4 5
2 3 2 3 0.0
y/μm 1 1 2 x/μm y/μm 1 1 2 x/μm
0 0 0 0 Si 100 /N 0 Si 80 /N 20 Si 60 /N 40 Si 40 /N 60 Si 20 /N 80 Si 0 /N 100
(d) 35
Si 20 /N 80 Si 0 /N 100 27.3
28

z/μm z/μm R max /nm 21 13.4 15.8 18.6 18.0
21 19 14 10.5
0 0
5 5 7
4 5 4 5
3 4 3 4 0
2 3 2 3
y/μm 1 1 2 x/μm y/μm 1 1 2 x/μm
0 0 0 0 Si 100 /N 0 Si 80 /N 20 Si 60 /N 40 Si 40 /N 60 Si 20 /N 80 Si 0 /N 100
Fig. 2 2D, 3D topographies and the corresponding roughness of the Si/N-DLC coatings under the different SiH 4 /N 2 ratio:
(a) 2D and 3D topographies; (b) surface mean roughness; (c) root mean square roughness; (d) maximum roughness
图 2 不同SiH 4 /N 2 流量比条件下沉积的Si/N-DLC涂层的2D、3D形貌和对应的粗糙度：
(a) 2D和3D表面形貌；(b)面平均粗糙度；(c)根均方粗糙度；(d)最大粗糙度

所示. 在所制备的Si/N-DLC涂层中，N和Si的主要存在 层机械性能相关的指标，包括弹性回复率、硬度、弹
3
方式分别为吡啶型N和Si-O-C键. 从N的结合方式也进 性模量、弹性因子(H/E)和塑性因子(H /E ). 如图6(b)
2
2
一步证明N有助于促进环状sp -C团簇位点的形成这 所示，涂层的弹性回复率在较小的范围(59.9%~61.7%)
一结论. 值得注意的是石墨型N的百分占比随SiH /N 2 内变化，并且保持1个较高的水平. 相较于单元掺杂体
4
流量比的减小缓慢升高，也进一步表明涂层结构向更 系Si-DLC (Si 100 N )和N-DLC (Si N 100 )涂层，Si/N-DLC
0
0
为有序的状态转变. 涂层的弹性回复率略有下降，归因于多元掺杂体系对

2.2 Si/N-DLC涂层的机械性能 于DLC涂层碳结构连续性的损伤. Si/N-DLC涂层的硬
图6(a)所示为不同SiH /N 流量比条件下沉积的 度[图6(c)]和弹性模量[图6(d)]展现出一致的变化趋势.
4
2
Si/N-DLC涂层在恒深度模式下获得的载荷深度曲线， 总体而言，随着SiH /N 流量比的减小逐渐降低. 机械
2
4
2
3
同等深度条件下所需的法向载荷随着SiH /N 流量比 性能下降的主要原因是涂层中sp /sp 相对比例的升
4
2
的减小整体上呈现逐渐降低的趋势. 采用式(2)计算了 高[石墨化，图5(b)]. 仅有Si /N 100 (N-DLC)涂层的硬度
0
涂层的弹性回复率(Elastic recovery, ER%). 与弹性模量不符合单调减小的规律，相较于Si /N 涂
80
20
层展现出略微的升高，可能的原因是相较于Si /N 涂
D max − D p 20 80
ER% = ×100% (2)
D max 层体系(Si和N共掺杂)，仅掺杂N元素(Si /N 100 )对DLC涂
0
式中，D max 和D 分别是最大压入深度和永久塑性变形 层结构完整性和连续性的损伤较小，导致机械性能出现
p
所对应的压入深度. 图6(b~f)所示为上述Si/N-DLC涂 反常现象，弹性回复率结果同样可进一步佐证这一结论.