Page 85 - 摩擦学学报2025年第5期

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 719

1.96 μm
Tungsten doped carbon
based coating

0.32 μm
Tungsten transition layer

100 μm 1 μm
(a) Surface (b) Section

Fig. 3 SEM micrographs of (a) the surface and (b) cross-section of tungsten doped carbon based coatings
图 3 钨掺杂类石墨涂层的(a)表面和(b)截面形貌的SEM照片

(a) (b) 10 (c) 60
D peak
8 40 G peak

5 5 Load/N 6 Intensity/a.u.
4 4 4 20
3 3 d max
y/μm 2 1 1 2 x/μm 2
0 0 0
d res
R a =9.4 nm 0
0 50 100 150 200 800 1 200 1 600 2 000
Depth/nm Raman shift/cm −1
Fig. 4 (a) Atomic force microscopy micrograph, (b) elastic recovery curve measured by nanoindentation and
(c) Raman spectrum curve of tungsten doped graphite coating
图 4 钨掺杂类石墨涂层的(a)原子力显微镜照片、(b)纳米压痕仪测得的弹性回复曲线和(c)拉曼光谱曲线

G峰的面积积分可以得到2个峰的强度之比，即R=
Coating/dry friction
I /I ，该涂层R值为1.75，为典型的类石墨涂层特征. Coating/PAO6
D G

Coating/RA
2.3 固液复合体系的摩擦学性能 10 −1
图5 所示为所制备的类石墨涂层在不同环境下的
摩擦系数曲线，由图5可知所制备的钨掺杂类石墨涂 Friction coefficient
层在干摩擦稳定阶段时表现出较低的摩擦系数，约为 10 −2
0.06. 当其与PAO6润滑剂进行复合后，虽然达到稳定
阶段时的摩擦系数变化不大(约0.06)，但是摩擦系数 10 −3
曲线比干摩擦时稳定. 干摩擦时涂层起始摩擦系数较 0 1 200 Time/s 2 400 3 600
高主要是因为碳基摩擦转移膜形成需要一定的时间， Fig. 5 Friction coefficients of tungsten doped carbon based
一旦转移膜形成，涂层的摩擦系数就会趋于稳定. 与二 coatings under different lubricants
者不同的是，蓖麻油酸与钨掺杂类石墨涂层组成的固 图 5 钨掺杂类石墨涂层在不同润滑剂下的摩擦系数曲线
液复合润滑体系表现出更加优异的润滑性能，在经过短 维轮廓仪对钨掺杂类石墨涂层在不同润滑剂下的表

时间的磨合后，摩擦系数最低达到0.015，接近超润滑状 面磨损痕迹进行系统的形貌分析表征. 钨掺杂类石墨
态，后面经过一段时间跑合，到3 600 s时依然保持约0.02 涂层干摩擦后的表面能够观察到细长且深度明显的
的低摩擦系数. 与干摩擦以及和PAO6做润滑剂组成 磨痕，有严重的磨损痕迹，如图6(a)所示. PAO6作为润
的固液复合润滑体系相比，钨掺杂类石墨涂层与蓖麻 滑剂与钨掺杂类石墨涂层组成固液复合体系在涂层
油酸构筑的复合体系的摩擦系数更低，润滑效果最优. 的表面能够观察到深度较浅的磨痕三维形貌，其磨损
为进一步证明蓖麻油酸的减摩抗磨性能，利用三 量较小，如图6(b)所示，与干摩擦相比，PAO6润滑可