Page 47 - 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 1301

因此沉积F-DLC涂层后，不锈钢表面的静水接触角增 作为对比试验，仅通过激光织构在304不锈钢表
大，疏水性显著提高. 织构后沉积的涂层静态水接触 面构建微纳米结构，在织构工序结束之时，由于激光
角进一步提高，主要归因于微纳米结构的存在. 通过 破坏了表面的氧化层，使得表面变成了超亲水状态，
图3的SEM照片可见，通过激光织构的图案和织构过 水滴滴在表面会迅速摊平，接触角接近0°，如图8所示.
程中激光烧蚀形成的纳米小颗粒在沉积涂层后形成 而前述试验表明，仅在304不锈钢表面沉积1层F-DLC
的团簇结构. 根据Cassie-Baxter模型，正是由于这些结 涂层，其静态水接触角为107°. 因此，本研究中所设计
构的存在，使得水滴无法填充进表面粗糙结构的空隙 的DLC涂层疏水性能的提升归因于氟掺杂和激光微
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中，提高了涂层表面的疏水性 . 织构的共同作用.

(a) 0.10 mm (spacing) × 0.10 mm (b) Grid laser lattice with line
(diameter) laser lattice spacing of 0.20 mm
Fig. 8 Static water contact angle of 304 stainless steel surface with only texture: (a) 0.1 mm (spacing) ×0.1 mm (diameter)
laser lattice; (b) grid laser lattice with line spacing of 0.2 mm
图 8 仅织构的304不锈钢表面静态水接触角：(a) 0.1 mm (间距)×0.1 mm (直径)点阵；(b) 0.2 mm间距网格

综上可知，通过沉积F掺杂DLC涂层降低表面的 在0.2；网格状织构表面的摩擦系数较高，最终保持在
[20]
表面能可以使得亲水表面变成疏水表面 ，而先进行 0.4，各个表面的平均摩擦系数如图10所示.
微纳米织构后再沉积F-DLC涂层，织构过程中形成的
微米级结构和激光溅射形成的纳米级小颗粒在沉积 1.0
涂层后形成团簇结构，可以进一步提高涂层表面的疏 0.8
[21]
水性 .
2.3 涂层的摩擦学性能 0.6
图9所示为不同表面的摩擦系数曲线，304不锈钢 Average friction coefficient 0.4
的摩擦系数曲线波动较大，随着摩擦过程的进行，稳
定摩擦系数保持在0.65左右. 沉积F-DLC涂层后，摩擦 0.2
系数显著下降，稳定摩擦系数可降低到0.1，呈现出较 0.0
好的润滑性能. 织构后沉积涂层的S2和S3表面，凹槽 S1 surface S2 surface S3 surface
可以储存磨屑，但表面的微纳米结构会对摩擦过程造 Bare 304 stainless steel
成影响. 圆形点阵织构后沉积F-DLC涂层所得表面的
Fig. 10 Average friction coefficient of different surfaces
摩擦系数较为稳定，无明显波动，稳定摩擦系数保持 图 10 不同表面的平均摩擦系数

1.0 对摩擦试验后样品的磨痕表面形貌用SEM分析，

Bare 304 stainless steel S1 surface
S2 surface S3 surface 结果如图11所示，每张图左下角为相对应的对偶球磨
0.8 损表面的SEM照片. 由图11(a)可知，304不锈钢光基底
Friction coefficient 0.6 的磨痕宽而深，存在大量的磨屑堆积，且出现犁沟现

象，磨损较为严重. 摩擦表面不光滑，因此造成摩擦系
0.4

0.2 数的波动性，摩擦系数较高. 沉积F-DLC涂层后，磨痕
较浅且窄，如图11(b)所示，说明磨损减小，对偶球上
0.0 观察到转移膜，该转移膜的形成是摩擦系数降低的主
0 900 1 800
Time/s 要原因. 图11(c)显示圆形点阵织构形成的圆孔可以有
效储存磨屑，由放大图可以看出磨屑对凹坑的填充较
Fig. 9 Friction coefficient of different surfaces
图 9 不同表面的摩擦系数 为完全，因此摩擦表面相对平滑，对偶球表面也较为