Page 22 - 摩擦学学报2025年第5期

656 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

Si 100 /N 0 a1 a2
(a) 15.9 N Lc1 Lc3 20.9 N
(a1) (a2) (b1) (b2) (b3)
Failure Continuous Failure
Cracking

Cracking 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm
Lc1 16.4 N Lc3 21.9 N
b1
Si 60 /N 40 b2 b3
(b)
0 1 2 3 4 5
Length/mm
c1 c2 c3
Si 40 /N 60
(c) Lc1 18.5 N Lc3 26.0 N
(c1) (c2) (c3) (d1) (d2)
Continuous Failure
Failure
50 μm 50 μm 50 μm Cracking 50 μm 50 μm
Cracking
Lc1 19.0 N 28.6 N
Si 0 /N 100 d1 d2
(d)
1 6 12 18 24 Lc3 30
Normal load/N

Fig. 7 Scratch micrographs of the Si/N-DLC coatings under the different SiH 4 /N 2 ratio: (a1~a2) local magnification micrographs of
Si 100 /N 0 ; (b1~b3) local magnification micrographs of Si 60 /N 40 ; (c1~c3) local magnification micrographs of Si 40 /N 60 ;
(d1~d2) local magnification micrographs of Si 0 /N 100
图 7 不同SiH 4 /N 2 流量比条件下沉积的Si/N-DLC涂层的划痕照片：(a1~a2) Si 100 /N 0 的局部放大照片；
(b1~b3) Si 60 /N 40 的局部放大照片；(c1~c3) Si 40 /N 60 的局部放大照片；(d1~d2) Si 0 /N 100 的局部放大照片

膜，仅在边缘位置观察到有少量转移材料. 然而，在较 DLC薄膜表面形成绝缘的氧化硅(SiO )，提高薄膜的耐
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高的放大倍数下观察发现，Si /N 磨痕内部出现了局 腐蚀性 [22, 26] . 本研究中Si /N 和Si /N 涂层体系中N原
100 0 20 80 0 100
部脱落现象[图9(b3)]，而其他3种涂层则未出现此情 子分数分别为5.72%和6.37%，Si原子分数分别为1.50%
况[图9(d3)]. 这种现象与磨粒磨损[图8(a)]和涂层韧性 和0.00%，对应较差的耐腐蚀性能，这与之前的研究
[24]
较低(图7)有关. 对于Si /N 和Si /N 100 涂层体系而言，在 结果一致 . 因此，在腐蚀与摩擦磨损的共同作用下，
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载荷和油田环境腐蚀的共同作用下，涂层表现出严重的 Si /N 和Si /N 100 涂层体系因其较差的耐腐蚀性能导
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损伤. 其中Si /N 100 则完全失效，导致基底暴露，同时引起 致磨损失效，主要磨损机理为腐蚀磨损. 此外，如图10(b)
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对应的Al O 摩擦副严重磨损，磨斑直径显著增大. 所示，涂层的磨损率与H/(Ef) [硬度/(弹性模量×摩擦
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为确定上述涂层的磨损机制，获取磨痕的3D形貌， 系数)]展现出很好的对应关系，H/(Ef)值越高，对应的
如图10所示. 316L SS基底展现出宽且深的磨痕(与光 涂层磨损率越小，耐磨性能越好，很好地服从Neuville [46]
学照片的结果一致)，并且在磨痕内部均观察到较明显 提出的规律. 因此，H/(Ef)可以作为1个判据预测Si/N-
的犁沟[图10(a)]，展现出典型磨粒磨损特性，这一现象 DLC涂层在油田产出水环境中的磨损行为.
主要归因于暴露在油田产出水环境中基底在磨损过程 图11所示为具有优异服役行为的Si/N-DLC涂层体
中产生的大量的磨屑. 对于Si 100 /N (Si-DLC)涂层体系，磨 系(Si 100 /N 、Si /N 和Si /N )中磨斑的表面形貌照片
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痕内部同样出现明显的犁沟，其对应的摩擦曲线展现 和元素面分布. Si 100 /N 涂层(Si-DLC)体系磨斑表面未观
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出明显起伏[尖刺，图8(a)]，属于磨粒磨损的特征. 而对于 察到转移膜的形成，EDS面分布也同样未观察到C元素
Si /N 、Si /N 和Si /N 涂层体系，磨痕内部光滑，未 的富集，同时也进一步表明其磨损行为由磨粒磨损主
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观察到犁沟. 按照之前的研究，氮元素掺杂会导致薄膜密 导[图10(a)]. 而Si /N 和Si /N 涂层体系磨斑上均观
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度降低、孔隙率增加和导电性增加 [17, 41, 45] . 而Si元素会在 察到碳转移膜，结合磨痕内部光滑，未观察到犁沟，表