Page 83 - 摩擦学学报2025年第5期
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第 5 期              马鹏程, 等: 钨掺杂类石墨涂层/蓖麻油酸固液复合润滑体系的摩擦学性能研究                                     717

            现，在符合边界润滑的条件下，获得低至0.004的摩擦                         植酸和油酸等相比，蓖麻油酸对材料的腐蚀性更低，
            系数，在该体系下Fe从钢球上转移到ta-C涂层上形成                         能够更好地保护基体材料. 而且先前研究大多关注类
            FeOOH，而且甘油降解形成的吸附层防止了摩擦副之                          金刚石涂层(DLC)和无氢四面体非晶碳基涂层(ta-C)
                                              [21]
            间的相互接触，降低了摩擦磨损. Long等 设计了DLC/                      与蓖麻油酸组成的固液复合体系的摩擦学性能，很少
            Si N 摩擦副和以蓖麻油作为润滑剂的固液复合润滑                          有文献报道钨掺杂类石墨涂层与蓖麻油酸之间的固
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            体系，结果发现涂层表面在摩擦过程中形成石墨或者                            液复合摩擦学性能. 本研究中利用磁控溅射技术制备
            类石墨物质，有利于在涂层表面实现更好的化学抛光                            钨掺杂类石墨涂层，研究其在蓖麻油酸微量润滑条件
            以及H和OH的化学钝化，蓖麻油受到局部的高压容易                           下的摩擦学性能并探究其固液复合润滑机理，有望为
            分解，形成的–(CH –CH ) –低聚物在降低摩擦磨损中                      碳基涂层/蓖麻油酸固液复合体系在轨道交通、航空
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            起主要作用，并且发现调节无氢非晶碳中的sp 碳含量                          航天以及机械装备等领域的应用提供理论支撑.

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            有利于表面降解物的生成，因此通过调整sp 碳含量用
                                               [22]            1    试验部分
            以与绿色润滑剂匹配并实现超滑. Sun等 发现利用3-

            羟基丙酸作为润滑油在钢/非晶碳(a-C)摩擦副上实现                         1.1    试验材料
            了超润滑，摩擦系数达到0.004 (摩擦系数＜0.01，即超                         本文中使用的蓖麻油酸是购自上海恩易化学技
            润滑)，发现达到超润滑的原因是在摩擦过程中会发                            术有限公司，质量分数为97%. 固体涂层是利用磁控
            生化学反应，3-羟基丙酸在a-C膜和钢上形成吸附层，                         溅射技术制备的钨掺杂类石墨涂层，沉积之前将硅片
            通过与水的氢键作用，在表面形成水合层，从而达到                            和金属基体在酒精和石油醚中清洗15 min，去除表面
                                  [23]
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            降低摩擦的效果. Zeng等 利用镍钛诺60合金与钢在                        杂质，将其放入真空腔室抽真空至3×10 Pa，待真空度
            蓖麻油润滑下发现实现超润滑是由于蓖麻油的分解                             达标后，通入65 sccm (标准立方厘米每分钟)的氩气进行
            以及金属氢氧化物的形成，研究提出了1种新型机制，                           预溅射清洗，清除表面氧化物，随后调整氩气流量为
            类似Fe-Ni电池是由插入的镍和氧化铁之间的己酸分                          40 sccm，偏压为80 V，钨靶电流为4.5 A，沉积纯钨过
            子组成，发现超润滑性是由插入的金属羟基层状化合                            渡层10 min，过渡层沉积结束后，维持氩气流量和偏
            物之间的静电排斥力作用而实现的. Long等 在研究                         压不变，调整钨靶电流为1.0 A，碳靶电流为4 A，沉积钨
                                                  [24]
            不同摩擦副和润滑剂之间润滑效果时发现，蓖麻油酸                            掺杂类石墨顶层，钨掺杂类石墨涂层的沉积工艺参数
            作为润滑剂达到超润滑，无氢碳的含量是必不可少                             列于表1中，涂层在使用前不需要再进行抛光处理. 本
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            的，其原因是无氢碳可以形成高密度的sp 杂化，同时                          研究中使用的摩擦对偶球是从浙江义乌泰子有限公
            分解产生的–(CH –CH ) –低聚物使得摩擦表面钝化                       司购买的氮化硅球，直径为 6 mm，粗糙度(R )为 5 nm.
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            从而实现超润滑. Long等 研究蓖麻油酸和Si N 的超                      1.2    摩擦试验
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            润滑性时发现，由蓖麻油酸提供的羟基会在摩擦时起                                采用CSM TRB 球盘式摩擦机的线性往复模块测
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            到协同润滑的作用，最终达到超润滑. 综上所示，固液                          试蓖麻油酸和钨掺杂类石墨涂层组成的固液复合体
            复合润滑体系的研究越来越广泛，这一趋势表明人们                            系的摩擦磨损性能. 在摩擦试验进行之前，利用无水
            对于改善摩擦学性能和延长机械寿命的关注日益增                             乙醇和丙酮对摩擦副以及夹具进行超声清洗，除去表
            加. 通过固液复合润滑体系的推广应用，可以有效节                           面的杂质，防止杂质对摩擦试验的影响，清洗完毕后
            省能源消耗、减少摩擦磨损并显著延长机械设备的使                            干燥，然后将氮化硅球和试验样块分别单独包装，防
            用寿命，在诸如机械工业和交通运输等领域，这种技                            止球与球以及样块与样块之间相互碰撞摩擦造成损
            术具有广泛的应用前景，为提升机械传动效率和降低                            伤. 在进行摩擦试验时，每次在上下2个摩擦副之间的
            使用成本提供了重要的支持.                                      接触区利用移液枪注射40 µL的蓖麻油酸充当润滑
                因此，本文中采用蓖麻油酸作为液体润滑剂，与                          剂，如图1所示，试验时CSM摩擦磨损试验机设置4 mm


                                             表 1    钨掺杂类石墨涂层的沉积工艺参数
                             Table 1    Deposition process parameters of tungsten doped graphite-like coatings
                       Coating           Argon flow rates/sccm  Bias/V  W target current/A  C target current/A  Time/min
                  Tungsten transition layer    40            80          4.5              0            10
               Tungsten doped graphite like layer  40        80          1.0              4           240
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