Page 43 - 摩擦学学报2025年第9期

第 9 期 刘瑞文, 等: 微织构F-DLC涂层表面润湿与摩擦学性能研究 1297

采用激光烧蚀法制作出不同的织构表面，随后使用磁 渐降低，乙炔(C H )和四氟化碳(CF )气体流量逐渐增
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控溅射技术在纹理表面沉积DLC，接触角>130°. Yu等 [13] 加的顺序分3步沉积F-Si-DLC中间层；最后通入乙炔
通过电化学刻蚀结合PECVD技术制备出的类金刚石 (C H )和四氟化碳(CF )沉积F-DLC顶层，形成Si/F-
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薄膜，水的静态接触角结果可达到 130°以上. Liu等 [14] Si-DLC/F-DLC复合涂层. 涂层沉积过程中前驱气体
结合激光织构的微/纳米结构和F-DLC多层涂层，在不 (Precursor gases)、气体流量[Flow rate/sccm(标准立方
锈钢上沉积了1种坚固耐用的超疏水涂层，以提高飞 厘米每分钟)]、腔室压力(Pressure/Pa)和沉积时间(Time/
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机发动机上鼻锥的抗结冰性能. Tang等 通过激光织 min)的具体参数列于表1中.
构微/纳米结构和等离子体沉积F-DLC多层涂层，在不 为了研究织构处理对304不锈钢表面润湿性和摩
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锈钢上制备了稳定的超疏水表面. Zhao等 通过Mo 擦学性能的影响，采用激光(华工激光，LSF30)在样品
元素的掺入，使得DLC薄膜的润湿性由亲水性转变为 表面织构出不同织构工艺的多种图案，激光织构后在

疏水性. 样品表面沉积涂层，部分激光织构过程中加工数目
本研究中采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD) (Number of processes)、加工速度(Velocity/mm/s)、功
技术制备F-DLC涂层，并利用激光技术在制备涂层前 率(Power/W)、频率(Frequency/kHz)的具体参数和所
对304不锈钢表面进行织构化处理，构建出不同的微 得的静态水接触角数据列于表2中.
纳米结构，研究不同处理方式对304不锈钢表面疏水 作为优选，本研究分别选取点阵织构和网格织构

性能和摩擦学性能的影响. 中接触角最大的样品进行其摩擦学性能研究，相应的
织构结构示意图如图1所示. 未织构304不锈钢表面沉积
1 试验部分 F-DLC涂层的表面在下文中用S1表面表示，采用图1(a)

1.1 涂层制备 图案织构后沉积涂层的表面在下文中用S2表面表示，
在制备涂层之前，304不锈钢金属管道(内壁直径 采用图1(b)图案织构后沉积涂层的表面在下文中用
为56 mm，管道总长度为560 mm)、硅片(15 mm×15 mm) S3表面表示. 具体的激光织构参数列于表3中.
和304不锈钢块(Φ25 mm)在超声清洗机中利用酒精和 1.2 涂层表征
石油醚清洗30 min，304不锈钢块表面清洗前均接受 利用场发射扫描电子显微镜(FESEM, JSM-7610NF,
抛光处理. 采用PECVD沉积F-DLC涂层时，304不锈钢 JEOL)表征涂层的厚度以及表面样貌，并使用其自带
金属管道为腔室，管道内真空达到0.665 Pa时，利用氢 的能谱仪(EDS)观察涂层表面的元素种类与含量；通
气冲洗基底，随后通入氩气(Ar)以及硅烷(体积分数 过拉曼光谱仪(DXR2 Raman Microscope, Thermo Fisher
为2% SiH 和98% Ar)在基底表面沉积Si过渡层；然后 Scientific)来检测F-DLC涂层的拉曼信号；利用划痕仪
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按照硅烷(体积分数为2% SiH 和98% Ar)气体流量逐 (MFT-4000, 兰州华汇仪器科技公司)来测量样品的膜
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表 1 F-DLC涂层的制备工艺
Table 1 Preparation process of F-DLC coating
Coating Precursor gases Flow rate/sccm Pressure/Pa Time/min
Si interlayer 2% SiH 4 /98% Ar 400 13.3 6
2% SiH 4 /98% Ar 400
90
C 2 H 2 9.31 6
20
CF 4
2% SiH 4 /98% Ar 300
Gradient F-Si-DLC layer C 2 H 2 110 9.31 6
30
CF 4
2% SiH 4 /98% Ar 200
130 9.31 6
C 2 H 2
40
CF 4
C 2 H 2 150
9.31 14
CF 4 60
F-DLC top layer CF 4 40 9.31 1
CF 4 30 9.31 1
20 9.31 1
CF 4