文|筱晓
图|筱晓
由于摩擦和磨损减少作用，类金刚石碳（DLC）涂层如今已成功应用于润滑摩擦接触中的活塞，活塞环和轴承等工业部件。
环境兼容性和温室气体二氧化碳的减少是当前社会和科学讨论的决定性决定因素。有关环境要求的现有准则和法律越来越多地受到批评，并通过收紧它们进行调整。特别是，移动和运输领域受到高度关注，因此是具有高研发压力的主题，以满足限制性要求和期望。
一个成功的方法是通过减少摩擦损失来提高车辆的动力总成效率。除了开发替代技术解决方案，例如电动汽车，水基润滑剂，以及类金刚石碳（DLC）涂层，由于摩擦和磨损的显著减少，已开发并工业用于润滑和干运行摩擦系统中的轴承，挺杆和活塞。
【结果和讨论】
1.圆盘摩擦计的摩擦学分析
涂层沉积后，通过恒定参数p 对样品进行摩擦学测试0= 1，300 MPa， FN= 8 N， v = 10 cm/s， r = 2.5 mm， T = 90 °C 和不同的距离 s = 200 m， s = 400 m， s = 600 m， s = 800 m， s = 1000 m 和 s = 3000 m。
抗磨损和极压添加剂二烷基二硫代磷酸锌导致摩擦系数增加≈0.060–0.065。此外，与PAO相比，二烷基二硫代磷酸钼和二烷基二硫代磷酸锌的协同添加导致摩擦系数更低润滑摩擦系数 ≲ 0.055 忽略磨合阶段。
由此得出的结论是，二烷基二硫代磷酸钼的摩擦减少作用不受二烷基二硫代磷酸锌的存在所抑制。考虑到s = 200 m和s = 3000 m之间的摩擦系数偏差可以忽略不计，s = 200 m只是s = 115 m距离的3/000。距离 s = 200 m 可以看作是更高距离的磨合阶段。相同的参数对 s = 800 m 有效。
2.地形分析
在随后的摩擦学测试和清洁之后，通过共聚焦激光扫描显微镜对磨损轨道和摩擦化学反应形成层进行形貌测量。摩擦化学反应层形成过程的不同阶段以PAO为例。穿过摩擦化学反应形成层的划痕可归因于样品的纸包装，表明类金刚石碳涂层和摩擦化学反应形成层之间的粘附力较低。
距离s=200μm，可视为摩擦化学反应成膜过程的初始阶段。本文中，可以在磨损轨道的边缘区域观察到摩擦化学反应形成的层。关于从s = 400 m到s = 1000 m的距离，摩擦化学反应形成层边缘的颜色变成蓝色闪光表面，可以假设是PAO的含磷物质。
由于圆周速度v，附着力较差的摩擦化学反应形成层被输送到磨损轨道的边缘区域，这导致蓝色闪光堆积区。此外，棕色到黑色的变色位于磨损轨道边缘区域之外的更远处，可以在摩擦化学反应形成层旁边找到。
为了能够更详细地分析结构和形成过程，对摩擦化学反应形成层进行了扫描电子显微镜图像。PAO下s=200 m处摩擦化学反应形成层的形貌和初始形成过程泡和 PAOA-C 上的润滑 ： H ： Zr 涂层以及沉积的a-C：H：Zr涂层的形貌。
摩擦化学反应形成层首先积聚在所有三种润滑剂的无定形碳涂层的花椰菜结构的间隙中。之后，摩擦化学反应形成的层在花椰菜结构的高度上生长。
因此，在PAO的摩擦化学反应形成层之间可以观察到显着差异和 PAO。PAO的涂层厚度似乎较低与 PAO 相比，在 s = 200 m 时在s = 200 m时，因为花椰菜结构仍然存在。由于过度生长，摩擦化学反应形成层的存在导致底层类金刚石碳涂层结构的视觉消失。
PAO下的形成过程1/3润滑可以描述为PAO摩擦化学形成过程的组合和 PAO。此外，摩擦化学反应层的形貌在PAO形成层由选定的区域组成，这些区域没有或不太按照PAO过度生长。
摩擦化学反应形成PAO层泡和 PAO在s = 800 m和s = 3000 m处通过扫描电子显微镜形貌图像显示。在s = 800 m处，花椰菜结构主要由PAO下的摩擦化学反应形成层覆盖润滑。结构变得越来越密集，更大的间隙导致结构内的深谷。
摩擦化学反应在PAO形成层，s = 800 m显示了结构中撕裂的开放区域，直至类金刚石碳涂层。摩擦化学反应形成层分离的解释可能是脆性开裂，这是由于摩擦化学反应形成层内的残余应力可能增加，分别是其涂层厚度增加或摩擦化学反应形成层与类金刚石碳涂层之间的低附着力。
摩擦化学反应在PAO形成层，s = 800 m 可以按照 PAO 描述，s = 800 m，但由于类金刚石碳涂层a-C ： H ： Zr的花椰菜结构结构明显可见，似乎更薄。在s = 3000 m摩擦学测试后，摩擦化学反应形成层与无定形碳涂层之间的化学相互作用导致PAO下生长结构存在显著差异泡和 PAO润滑。
含有摩擦化学反应形成的二烷基二硫代磷酸钼显示出“粗鳞状”结构。在这些鳞片之间，无定形碳涂层的花椰菜结构几乎完全被摩擦化学反应形成层所覆盖。关于PAO的摩擦化学反应形成层， s = 3，000 m 形态表现为“海绵状”基质，内部有小孔，分布在类金刚石碳涂层上。
PAO的摩擦化学反应层形成，s = 3，000 m显示了分布在无定形碳涂层上的“细鳞状”结构。在细小的鳞片状结构中，摩擦化学反应形成的层似乎生长在各种垫上，因此无定形碳涂层不会完全过度生长并且部分可见。
AO的摩擦化学反应层形成1/3与PAO的结构相比，看起来更薄， s = 3000 m 和 PAO， s = 3000 m。最后，PAO摩擦化学反应形成层结构的形成过程，s = 3000 m似乎是由二烷基二硫代磷酸钼含量驱动的，因为它的鳞片状形态可与PAO相媲美， s = 3000 m。
总之，对于三种所考虑的润滑剂，摩擦化学反应形成层的初始形成过程非常相似。关于摩擦化学反应形成层的厚度和最终建立的形态，可以观察到差异。
3.化学分析
由于润滑剂、添加剂和类金刚石碳涂层之间的摩擦化学相互作用，分析了摩擦化学反应形成的层的化学成分，以深入了解形成过程的内部情况。为此，在PAO的摩擦化学反应形成层上记录了拉曼光谱泡和 PAO在 s = 200 m、s = 800 m 和 s = 3000 m 时的润滑。
此外，还给出了沉积的a-C ： H ： Zr涂层的参考拉曼光谱，以便比较结果。摩擦化学反应形成层对类金刚石碳涂层的影响已经在其他地方进行了分析，本研究不会深入考虑。PAO的拉曼光谱1/0，s = 200 m-3，000 m，在ῦ = 300–1000 cm区域显示明显的峰值与类金刚石碳涂层的参考光谱相比。
由于摩擦化学反应性形成层与无定形碳涂层a-C ：H ：Zr之间的摩擦化学相互作用，D峰和G峰的修饰不能像在文献中那样观察到用不同的碱润滑剂。
关于PAO的拉曼光谱， s = 200 m-3000 m， 在 ῦ = 300–1000 cm 处无法识别任何峰。验证在ῦ = 262 cm处形成结合， ῦ = 350 厘米或结合在 ῦ ∼960 cm 处，根据化学成分，预期关于扫描电子显微镜形貌图像的结果。
一种可能的解释是λ = 532 nm激光的激发能量太低，因此无法实现分子的振荡。与PAO相矛盾，s = 200 m–3000 m，D峰的强度从s = 200 m–3000 m显着增加。此外，PAO的拉曼光谱， s = 200 m–3000 m 在 ῦ = 350 cm 处显示双峰–430 厘米，可归因于二硫化钼。
二硫化钼峰的强度从s = 200 m增加到s = 800 m，从s = 800 m略有降低到s = 3，000 m。这其中由于在s = 200m处形成薄的摩擦化学反应形成层，强度较低。
此外，PAO处厚厚的过度生长的摩擦化学反应形成层的转变，s = 800 m至PAO分散垫上生长的细鳞状形态，s = 3000 m，导致类金刚石碳涂层没有完全生长，随后拉曼光谱中二硫化钼峰的强度降低。
二硫化钼的还原机理可用于PAO从S = 800 m到S = 3000 m，可以通过可能形成进一步的反应产物来解释，从而降低二硫化钼的强度信号。在测量的拉曼光谱中，通过二硫化钼的虚线标记摩擦化学反应形成层的识别峰、碳化钼、碳化锆、二氧化锆、三氧化二钼和二硫化钼的区域标记。
与激光d≈1 μm的穿透深度相比，观察到的几纳米的低摩擦化学反应形成层厚度，背散射拉曼信号以金属和含氢的非晶碳涂层a-C ：H ：Zr的D和G峰为主，导致摩擦化学反应形成层的反应产物强度低。
沉积的a-C ：H ：Zr无定形碳涂层的拉曼光谱在ῦ = 500–700 cm处显示出轻微的峰值，其归因于碳化锆和二氧化锆。锆与碳的比例为x（Zr）=4。% 到 x（C） = 96 at.%在从TO开始的第一个μm内测量。通过考虑摩擦接触，可以通过与润滑剂中的氧气反应形成分散的二氧化锆。碳化锆是在涂层过程中形成的。
在ῦ≈333厘米处出现一个小山峰对于 PAO，s = 200 m–3000 m，可分配给碳化钼或二硫化钼。此外，如上所述，以不同的强度测量了二硫化钼双峰。此外，碳化锆和二氧化锆的测量值为ῦ≈508厘米。
可以假设，由于（Zr，C）和（Zr，O）可能存在非化学计量结合，峰的移动是可能的。此外，在ῦ≈650–670 cm处测量第二个碳化钼峰其符合。最后，在两个小区域ῦ≈795 cm处的两个峰证明了三氧化钼的形成–805 厘米和ῦ≈970厘米–977 厘米。
二硫化钼的形成解释，三氧化钼可以按照二硫代氨基甲酸钼的分解过程，在摩擦接触过程中分解二烷基二硫代磷酸钼。因此，二烷基二硫代磷酸钼分子由于接触温度和接触压力而分解为含硫酸的多磷酸盐、二硫化钼和三氧化二钼，通过加入氧气。碳化钼的形成过程可以假设是非晶碳涂层与添加剂和钼的碳结合磨损的结果。
此外，在PAO下对摩擦化学反应形成层内部和边缘区域进行了X射线光电子能谱测量。泡和 PAO润滑在 S = 200 m、S = 600 m 和 S = 3，000 m 时润滑。
为了使分析保持在合理的范围内，在PAO下s = 3，000 m的结果泡和 PAO润滑情况具有代表性。三氧化钼在E = 231.6 eV在PAO下在s = 3，000 m处的钼光谱中得到证实润滑。
此外，第二个峰E = 229.7 eV可以分配给二硫化钼，以便两次测量都符合PAO拉曼光谱的结果。在E也偏磷酸盐 = 134.5 eV 和亚硫酸盐 E = 165.0 eV 在磨损轨道的内部和边缘区域进行了验证。
假设三氧化钼和二硫化钼存在于偏磷酸基质中。钼在E处的峰值位置 = 231.0 eV不能明确分配给三氧化钼、二硫化钼或二氧化钼，这是由于峰的叠加。PAO的硫化物和磷酸盐，s = 3000 m 在磨损轨道内部和边缘区域测量的位置与 PAO 相当。
基于X射线光电子能谱分析， 含锌摩擦化学反应层在PAO处形成，s=3000米由硫化锌、磷酸锌组成。由于硫化锌、磷酸锌和氧化锌峰的叠加，以及在磨损轨道内部和边缘区域s = 200 m和s = 600 m处的验证，可以假设存在氧化锌。
根据硫化锌峰，硫化物位于E = 162.5 eV，可分配给硫化物。磷酸盐以偏磷酸盐E = 内部 134.0 eV 和焦磷酸盐 E = 磨损轨道边缘区域的 134.5 eV。此外，二硫化锆在 E = 183.3 eV，导致假设锆在摩擦接触过程中从涂层中释放并与硫化物反应。
PAO的结果在s = 3，000 m处也表明在E处形成二硫化锆 = 181.7 eV 在磨损轨道 E的内部和边缘区域 = 180.9 eV。关于锌光谱，氧化锌主要在E = 1，021.3 eV。然而，由于 PAO 的结果，也应存在硫化锌和磷酸锌，s = 600 m在磨损轨道的内部和边缘区域的峰值宽度。
用于PAO的磷酸盐和硫化物， s = 3，000 m 根据 PAO 的发现定位， s = 3000 m。PAO的摩擦化学反应形成层上的C光谱泡和 PAO给出了磨损轨道内 s = 3000 m 处的润滑以及 a-C ： H ： Zr 的参考光谱。
类金刚石碳涂层由托玩家处的脂肪族结合组成。通过比较PAO的Mo光谱可以看到显着差异1/0， s = 3，000 m 和 PAO1/3， s = 3，000 m 考虑到 C 的结果。因此，PAO出现碳化C结合1/0润滑，与 PAO 相反0/1和 PAO1/3,由于在摩擦接触过程中类金刚石碳涂层的上层的去除和化学转化导致碳化钼的形成或一氧化钼可能还原成碳化钼。
由此得出的结论是，抗磨添加剂对PAO中石墨结合和Mo与碳化钼的反应具有积极的抑制作用1/3，因此，保护非晶碳涂层免受摩擦化学磨损通过碳化钼的可能负面影响。
PAO从脂肪族结合到石墨结合的变化和 PAO在拉曼光谱中也可以看到关于D峰强度增加。基于扫描电镜图像、拉曼光谱和X射线光电子能谱结果，得出了PAO作用下摩擦化学反应形成层的结构示意图泡和 PAO可以假设润滑。
摩擦化学反应形成二烷基二硫代磷酸钼层在a-C：H：Zr上由偏磷酸基体组成，内部嵌入了二硫化钼，三氧化钼和碳化钼颗粒。根据扫描电子显微镜图像，摩擦化学反应形成的层厚度应为几吨≈80nm-150nm厚。
PAO作用下摩擦化学反应形成层的结构润滑可以通过二硫化锆/硫化锌层粘合。因此，由偏磷酸盐和含锌的焦磷酸盐组成的玻璃状磷酸锌被定位为toplayer，其结构类似于二烷基二硫代磷酸锌在钢上的摩擦化学反应形成层的结构。
摩擦化学反应形成层的结构呈“海绵状”，厚度在t≈100 nm-180 nm之间，覆盖无定形碳涂层。协同添加剂二烷基二硫代磷酸钼/二烷基二硫代磷酸锌的形态似乎也由二硫化锆/硫化锌层与上面的磷酸盐结合。
磷酸盐由三氧化钼、二硫化钼和磷酸锌组成，形成偏磷酸盐基质。与摩擦化学反应形成层相比，二烷基二硫代磷酸钼和二烷基二硫代磷酸锌的摩擦化学反应形成层厚度显着减小至t ≈40 nm–80 nm。
【结语】
本研究在PAO下摩擦接触中的摩擦化学反应形成层泡和 PAO润滑锆和氢改性非晶碳涂层a-C ： H ：Zr 进行了分析。本文重点介绍了摩擦化学反应性形成层的形成过程、形貌和化学组成。
形态不同于“粗鳞状”PAO到PAO的“海绵状”矩阵以及PAO的“精细规模状”结构润滑。拉曼光谱的化学分析证明了PAO形成二硫化钼，三氧化钼，碳化钼。此外，通过X射线光电子能谱分析了详细的化学结构，验证了拉曼光谱的结果，并更深入地了解了无定形碳涂层上摩擦化学反应形成层的结构。
此外，二烷基二硫代磷酸锌抑制碳化钼的形成，有利于摩擦接触的磨损减少。最后，基于所述结果，假设了无定形碳涂层上摩擦化学反应形成层的示意图模型。
参考文献：
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