Page 84 - 摩擦学学报2025年第5期

718 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

Load 时的施加载荷，单位为N；L表示摩擦过程的总行程，

单位为m.

2 结果与讨论

2.1 蓖麻油酸分子的结构与表征
Ricinoleic acid
蓖麻油酸(RA)的分子如图2(a)所示，其能够实现
润滑的化学性质可能与羟基和羧基这2个官能团有
Tungsten doped graphite
like coating 关，图2(b)所示为利用傅里叶红外光谱对蓖麻油酸的
−1
结构进行表征，在3 500~3 300和1 740~1 650 cm 处的
Fig. 1 Schematic diagram of friction curve testing device 吸收峰分别对应羟基官能团和羧基官能团，这证明了
图 1 摩擦曲线测试装置示意图
所购买蓖麻油酸分子结构的正确性.

2.2 钨掺杂类石墨涂层的表征
的往复运动路径，施加的载荷为2 N，滑动的频率为5 Hz，
相对滑动速度为0.04 m/s，在该体系下与之对应的赫 图3所示为制备的钨掺杂类石墨涂层的表面和截
兹应力为0.92 GPa. 因为需要保证摩擦试验结果的准 面形貌的SEM照片，图3(a)所示为制备涂层的表面形
貌的SEM照片，表面致密无孔洞，没有表现出典型的
确性，每组的摩擦试验重复3次，环境湿度控制在30%~
颗粒形貌. 由图3(b)可知，所制备的涂层厚度约为2.2 μm，
50%之间，环境温度约为25 ℃.

1.3 表征方法 涂层与基体结合紧密无裂纹或缺陷，涂层底层为约
300 nm厚的纯钨过渡层，呈现细小的纳米柱状晶结
采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR, PerkinElmer, Frontier)
在室温下对蓖麻油酸的化学基团进行表征；利用非接 构；顶层为约1.96 μm厚的钨掺杂类石墨涂层，该部分
触式表面三维轮廓仪(MicroXAM-800, KlaTencor)测 结构致密，没有表现出柱状晶结构，而是呈现非晶涂
量涂层磨痕的磨损体积，采用公式(1)计算磨损率； 层的典型特征.
利用场发射扫描电镜(FE-SEM, JSM.7610NF)观察制 利用原子力显微镜(AFM)测得的钨掺杂类石墨涂
备的钨掺杂类石墨涂层、钨掺杂类石墨涂层和蓖麻油 层粗糙度(R )为9.4 nm，如图4(a)所示；图4(b)所示为纳
a
酸固液复合润滑体系的磨痕形貌；利用拉曼光谱 米压痕仪测得钨掺杂类石墨涂层加载卸载曲线，通过
仪(LabRAM HR Evolution, Horiba)来检测钨掺杂类石 公式(d max −d )/d max ×100%计算得到涂层的弹性回复
res
率为70%，其硬度为12.14 GPa. 拉曼光谱是分析碳基
墨涂层的拉曼光谱信号；利用X射线光电子能谱(XPS,
DIONEX AQUION)分析化学键的变化. 涂层结构的1个重要表征手段，能够准确分析类金刚
样品摩擦后的磨损率(W)采用如下公式进行计算. 石、石墨和其他结构构型的非晶碳成分，如图4(c)所
−1
S 示，钨掺杂类石墨涂层的拉曼光谱中，在1 560 cm 处
W = (1) −1
N · L 有明显的G特征峰，在1 350 cm 处有D特征峰，这一
3
式中，S表示磨痕的磨损体积，单位为mm ；N表示摩擦 现象说明有明显的类石墨谱线特征 . 通过对D峰和
[26]

(a) (b) Ricinoleic acid
O

OH
Transmittance
HO −OH −CH 2 −RCOOH C−O−C

(CH 2 ) 5 CH 3
4 000 3 000 2 000 1 000
Wavenumber/cm −1
Fig. 2 (a) Molecular structure diagram of castor oil acid; (b) Infrared spectrum diagram of castor oil acid
图 2 (a)蓖麻油酸分子结构图；(b)蓖麻油酸红外光谱图