Page 45 - 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 1299

Critical load: 12 N 为了探究涂层中的碳形态，采用拉曼光谱对涂
Hardness: 21 GPa
层进行了表征. 图4所示为不同表面沉积F-DLC涂层
F-DLC top 的拉曼光谱及其高斯拟合曲线，3组样品的拉曼光谱
6.94 μm 均呈现典型的无定型碳特征，织构后沉积涂层的拉曼
Gradient F-Si-DLC Si interlayer
layer 光谱与未织构的F-DLC涂层具有相似的拉曼峰型，说
明织构并未明显改变涂层的无定型结构. 高斯拟合结
−1
果显示，3组涂层在1 000~1 700 cm 范围内均具有明
−1
−1
显的D峰(~1 380 cm )和G峰(~1 550 cm )，这是典型
3 μm
的DLC涂层. 通常， D峰与G峰面积的峰面积之比I /I
D G
2
3
Fig. 2 SEM micrograph of cross-sectional of DLC coating 可以反映无定型碳涂层中sp -C与sp -C的相对变化.
deposited on the surface of 304 stainless steel
I /I 越大，涂层中sp -C含量越高，涂层石墨化程度越
2
D G
图 2 304不锈钢表面沉积F-DLC涂层形貌的SEM照片
高. S1、S2和S3涂层的D峰与G峰的峰面积之比I /I
D G
不锈钢表面进行织构后，由于激光烧蚀的作用，织构 分别为2.39、1.82和1.88，说明微织构处理后，涂层的
2
图案的边缘会产生熔融重铸层，结构较为粗糙，形成 sp -C含量降低，石墨化程度降低，涂层中类金刚石结
微米尺寸的结构和较大的纳米级颗粒结构，而在激光 构增多 [17-18] .
的溅射作用下会形成纳米级的小颗粒结构；在沉积涂 2.2 涂层的润湿性能
层后，涂层在微米尺寸结构和纳米级小颗粒结构上生 对不同方式处理的304不锈钢基底进行静态水接
长，颗粒的尺寸随着涂层的生长而变大，形成较大的 触角测试，结果如图5所示. 从图5中可以看出，未做任
团簇结构，如图3(b)和(d)中的放大图所示，这种团簇 何处理的304不锈钢表面静态水接触角仅有57°，说明
结构会使水滴无法在表面摊开，从而提高材料表面的 对水的润湿性较好，属于亲水性表面；而沉积F-DLC
疏水性能. 涂层后，静态水接触角增大到107°，说明表面的疏水

(a) (b)

50 μm 50 μm

200 μm 200 μm

(c) (d)

50 μm 50 μm

200 μm 200 μm

Fig. 3 SEM micrographs of surface with different textures: (a, c) texture-only surfaces without deposited coatings;
(b, d) the surfaces after the deposition of the coating
图 3 不同织构表面的表面形貌的SEM照片：(a, c) 仅织构未沉积涂层的表面；(b, d) 沉积涂层后的表面