Page 24 - 摩擦学学报2025年第5期

658 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

316L SS Si 100 /N 0 Local magnification Si 80 /N 20
(a1) (b1) (b3) (c1)

b3
Local spalling
200 μm 100 μm 20 μm 100 μm

(a2) (b2) (d3) (c2)

200 μm 100 μm 20 μm 100 μm

Si 60 /N 40 Si 40 /N 60 Si 20 /N 80 Si 0 /N 100
(d1) (e1) (f1) (g1)
Worn out
Substrate
d3 Coating
100 μm 100 μm 100 μm Worn out 100 μm

(d2) (e2) (f2) (g2)

100 μm 100 μm 100 μm 100 μm

Fig. 9 Optical micrographs of wear track and wear scar of the 316L SS substrate and the Si/N-DLC coatings under the different
SiH 4 /N 2 ratio sliding against Al 2 O 3 ball：(a1~a2) 316L SS substrate; (b1~b2) Si 100 N 0 ; (b3) local magnification of wear
track in (b1); (c1~c2) Si 80 /N 20 ; (d1~d2) Si 60 /N 40 ; (d3) local magnification of wear track in (d1); (e1~e2) Si 40 /N 60 ;
(f1~f2) Si 20 /N 80 ; (g1~g2) Si 0 /N 100
图 9 不同SiH 4 /N 2 流量比条件下沉积的Si/N-DLC涂层和316L SS基底与Al 2 O 3 球摩擦体系磨痕、磨斑的光学显微照片：
(a1~a2) 316L SS基底；(b1~b2) Si 100 N 0 ；(b3) Si 100 N 0 磨痕局部放大图；(c1~c2) Si 80 /N 20 ；(d1~d2) Si 60 /N 40 ；
(d3) Si 60 /N 40 磨痕局部放大图；(e1~e2) Si 40 /N 60 ；(f1~f2) Si 20 /N 80 ；(g1~g2) Si 0 /N 100
中磨痕表层含有较高的O含量(原子分数9.87%~12.46%)， 综合上述摩擦行为和摩擦界面结构分析，本研究
形成了氧化膜，主要组成为碳氧化物和硅氧化物，其 中Si/N-DLC涂层在油田环境下的润滑与失效机制可

中硅氧化物是在腐蚀环境中稳定服役的关键因素之 简单归纳为3类，其机理示意图如图13所示. 首先，对
一 [22, 50-51] ；并且刻蚀10 nm深度之后Si 100 /N 和Si /N 60 于Si 100 /N (Si-DLC)涂层体系，涂层韧性较低，在摩擦
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磨痕内部O原子分数均大幅降低约2.00% [图12(f)]， 过程中并未形成转移膜，磨痕内部存在局部脱落且展
而Si /N 涂层磨痕内的O原子分数仍保持在较高水 现出明显的犁沟，磨粒磨损占主导[图13(a)]，导致其摩
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平(7.35%)，表明在摩擦过程中Si /N 摩擦界面形成 擦系数曲线出现较大的起伏. 按照作者之前的研究 ，
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了更厚的氧化保护层，同时也是其具有最佳耐磨性能 Si-DLC在油气田环境中的腐蚀电流密度仅有2.4×
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的关键因素. 根据如图12(i)所示的各拟合峰峰面积比， 10 A·cm ，相较于Si/N-DLC涂层高出1个数量级，其
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计算了sp /(sp +sp )的相对比值，如图12(j)所示. 摩擦测 耐腐蚀性能较差. 因此，在腐蚀与磨粒磨损的共同作
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试后磨痕内部sp /(sp +sp )相较于对应的原始涂层均 用下，其耐磨性能较低[1.36×10 mm /(N·m)]. 其次，
有明显降低，表明摩擦后涂层结构由sp 向sp 转变. 此 对于Si /N 、Si /N 和Si /N 涂层体系，在Si-DLC涂
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外，相较于Si 100 /N 和Si /N 涂层体系，Si /N 磨痕内 层基础上，Si/N共掺杂可进一步提升涂层的耐腐蚀性
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部形成了更高含量的SiO ，在降低摩擦磨损和增强耐 能 ，并且在表面形成更厚的氧化层，起到保护作用.
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蚀性等方面具有至关重要的作用，验证了上述结论. 上述3种体系磨痕内部并未观察到犁沟，且在磨斑表