金属掺杂DLC薄膜与润滑油添加剂协同作用的研究现状

来源期刊：材料导报2019年第19期

论文作者：刘康 康嘉杰 岳文 付志强 朱丽娜 佘丁顺

文章页码：3251 - 3256

关键词：金属掺杂;DLC薄膜;润滑油添加剂;协同作用;

摘    要：DLC薄膜由于其优异的性能在机械减摩、耐磨等领域有着良好的应用前景。在汽车发动机的关键零部件表面上沉积DLC薄膜可起到良好的抗摩擦磨损作用,从而提高燃油利用率,起到节能减排、保护环境的作用。当金属掺入DLC薄膜后,利用金属与润滑油介质之间的摩擦化学反应可进一步降低DLC薄膜在油润滑和边界润滑条件下的摩擦系数,提高DLC薄膜的耐磨性能及服役稳定性。然而由于不同掺杂金属的理化性质不同,在相同的润滑环境下金属掺杂的DLC薄膜的摩擦学性能也有着较大的差异。而不同的润滑油添加剂由于其主要成分的差异,会与金属掺杂类DLC发生不同的摩擦化学反应,减摩、耐磨机制、反应产物以及分解产物各不相同。最常用的两种润滑油添加剂为抗磨抗氧剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)和摩擦改进剂二烷基二硫代甲酸钼(MoDTC)。ZDDP以其优异的抗磨损性能著称,而MoDTC的减摩性能优良。鉴于两种添加剂效果显著,用途广泛,二者与金属掺杂DLC薄膜进行适配的摩擦学行为也成为研究焦点。对于掺杂金属,钨可形成WS2化合物,具有良好的润滑性能;钛掺入DLC可以综合改善DLC薄膜的机械摩擦学性能,提高薄膜的表面活性,因而也备受研究者的重视。MoDTC能减小摩擦系数,但无法改善金属掺杂DLC薄膜的耐磨损性能,这是因为MoDTC的分解产物是MoS2和MoO3,前者可形成减摩的反应膜而后者会导致磨粒磨损; ZDDP往往不会对摩擦系数产生影响,但在一定程度上降低了磨损率,这与其生成垫状磷酸盐反应膜有关。此外,纳米添加剂因其独特的自修复功能在工业领域有着重要的意义,纳米铜颗粒有助于提升金属掺杂类DLC的抗磨损性能,并能获得较稳定的摩擦系数。针对掺杂金属,钛元素可以促进MoDTC的分解,综合提升薄膜的减摩、耐磨性能,而与极压添加剂的复配会导致DLC表面形态恶化,摩擦系数增加。钨元素与ZDDP的复配可能会抑制垫状磷酸膜的形成,降低抗磨效果,而钨含量的增加使MoDTC生成更多MoS2,有助于提升DLC薄膜的摩擦学性能。本文对国内外金属掺杂DLC与润滑油添加剂协同作用研究进行了综述。总结了不同添加剂和不同掺杂金属对DLC薄膜摩擦学性能的影响,分析了现有研究中存在的问题并展望了研究前景,以期为选择摩擦学性能优异的金属掺杂DLC摩擦副与添加剂的组合提供参考。