Page 19 - 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 653

(a) (b) (c)
Si 100 /N 0 Si 60 /N 40 Si 20 /N 80

Intensity/a.u. Si 80 /N 20 D peak G peak Intensity/a.u. Si 40 /N 60 D peak G peak Intensity/a.u. Si 0 /N 100 D peak G peak

800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000 800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000 800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000
Wavenumber/cm −1 Wavenumber/cm −1 Wavenumber/cm −1
(d) (e) (f)
1 550 0.72 185
1 543.9 0.64 0.638 180 180.8
1 539.2
G position/cm −1 1 540 1 528.9 1 533.3 I D /I G 0.56 0.511 0.541 0.573 0.581 FWHM G /cm −1 175 177.2 174.8
1 537.1
1 530

1 519.5
1 520
0.48
0.443 170 170.1 169.9 169.5
1 510 0.40 165
Si 100 /N 0 Si 80 /N 20 Si 60 /N 40 Si 40 /N 60 Si 20 /N 80 Si 0 /N 100 Si 100 /N 0 Si 80 /N 20 Si 60 /N 40 Si 40 /N 60 Si 20 /N 80 Si 0 /N 100 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. 3 Raman spectra and the corresponding fitted results of the Si/N-DLC coatings under the different SiH 4 /N 2 ratio:
(a~c) Raman spectra; (d) G peak position; (e) I D /I G ; (f) FWHM G
图 3 不同SiH 4 /N 2 流量比条件下沉积的Si/N-DLC涂层的Raman光谱及其拟合结果：
(a~c) Raman光谱；(d) G峰位置；(e) I D /I G ；(f) FWHM G

(a) C 1s (b) 2.15
Si 100 /N 0 90.87 Si 6.98 O
Si 100 /N 0 Si 40 /N 60
Si 80 /N 20 Si 20 /N 80 91.66 2.14 4.30 1.90
Si 60 /N 40 Si 0 /N 100 Si 80 /N 20
Intensity/a.u. N 1s Ar 2p Si 2p Si 60 /N 40 89.94 4.41 3.77 1.88 1.59

2.78
5.25
90.39
Si 40 /N 60
91.32 5.72 1.50
Si 20 /N 80 1.46
O 1s Si 0 /N 100 C 92.71 N 6.37 0.92
600 500 400 300 200 100 0 0 4 88 92 96 100
Binding energy/eV Atomic fraction of element/%
Fig. 4 (a) XPS survey and (b) element atom fraction of the Si/N-DLC films under the different SiH 4 /N 2 ratio
图 4 Si/N-DLC涂层的(a)XPS全谱和(b)元素原子分数

结合强度是影响Si/N-DLC涂层的使用稳定性和 可靠的结合，并且减小SiH /N 流量比可有效提升了
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腐蚀环境下的耐久性关键因素，因此，对上述Si/N-DLC 316L SS基底与涂层之间的结合强度. 1个重要因素在
涂层与316L SS基底结合强度进行表征，划痕光学照 于涂层硬度的降低，如图6(c)所示，这改善了涂层与基
片局部放大照片及相应的临界载荷如图7所示. 绿色 底(硬度约为4 GPa)之间的硬度失配问题. 此外，Lc1到
虚线和红色虚线分别代表初始剥落点(首次出现裂纹 Lc3之间的区间长度可直接反映Si/N-DLC涂层的韧

的临界载荷，Lc1)和最终失效点(基底暴露的临界载 性. 在本文中，所制备的Si/N-DLC涂层316L SS涂层Lc1
荷，Lc3). 随着SiH /N 流量比的减小，结合强度逐渐增 到Lc3之间的区间长度随着SiH /N 流量比的减小而逐
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加，其Lc1范围为15.9~19.0 N，Lc3最高可达28.6 N，表 渐增大，表明了涂层韧性的增强，主要归因于N掺杂
明所制备的Si/N-DLC涂层与316L SS基底之间具有 量的增加. 具体而言，N元素与DLC涂层碳基体中的碳