Lubrication的DLC涂层表面MoS2纳米管的润滑机制：
表面粗糙度和磨合效果
摘 要
二硫化钼和WS2纳米粒子，一方面，与DLC涂层相结合，另一方面，正受到越来越多的摩擦学应用的关注。然而，调查研究表明将纳米粒子DLC涂层和润滑两个概念联系在一起是非常少的，并且这方面的研究成果也非常有限。在这项工作中，我们通过研究表面粗糙度的影响，来认识润滑系统，并在所有润滑机制下研究DLC涂层。我们还提出了一种有关表面粗糙度如何影响二硫化钼纳米管润滑效果的模型。
该模型是基于2D，1：1工程尺度的投影，包括粗糙度，纳米粒子和薄膜厚度，是一种独立的接触材料。众所周知，通过添加纳米管到基础油中来降低摩擦系数，DLC的添加量达到50％以上时表面会平滑，类金刚石涂层的表面和相，要高达40％DLC涂覆才会使表面光滑。在边界光滑的条件下，纳米颗粒是最有效的，并且对EHL机制的影响可以忽略。表面粗糙度具有明显双重效果：当摩擦较低的表面比较粗糙时，与类金刚石涂层的表面对比，粗糙表面是能够在工件运用期间更好地保留纳米粒子。（与2013爱思唯尔B.V.保留所有权利。）
关键词： 纳米粒子，DLC，二硫化钼纳米管，表面粗糙度，油，润滑油添剂
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1.介绍
二硫化钼和WS2是众所周知的固体润滑剂。基于具有较强的层内分层结构和软夹层，他们可以提供任何一个低剪切阻力来施加剪切应力，从而降低摩擦表面与表面之间的接触[1-4]。由于纳米粒子的发现，特别是富勒烯状纳米颗粒形式CLES和纳米管[5-7]，它们在被发现之后，运用在了增加润滑剂的性能方面。据报道，二硫化钼和WS2纳米粒子在边界润滑的性能非常好，特别是与钢[8-17]。鉴于几个机制的影响，我们提出了解释纳米粒子作为润滑剂在钢中的的行为：（a）滚动摩擦[8,9]；（b）纳米颗粒作为隔离物
[8,9]
；以及（c）第三体薄膜，润滑膜形成材料转移[10,15,16,18]。
另一方面，DLC覆层也众所周知，它具有高硬度，低摩擦性，良好的
抗益效果磨损性和抗粘连性能，以及在边界润滑和无润滑条件的[19-22]性能。因此它很可能能够改进边界润滑DLC涂层和二硫化钼纳米粒子这两者的属性，它们可以同时运用于边界润滑浓度触点，以改善常规材料的性能。这个组合可以成功，他们的协同效应润滑效果会在我们最近的研究中证实。其中一新颖的物理概念，基于物理的润滑理念，即绿色润滑技术的概念被提出
[16]
。
然而，根据调查。类金刚石涂层和纳米颗粒的组合仍然很有限[14,16]。因
此，在本研究中，我们调查了不同的表面粗糙度对二硫化钼纳米管润滑效果影响与PAO油混合的表现。并且在相同的研究条件下，将所有的润滑状态性能与钢材表面进行了研究比较，结果报道在一个相关的配套文件中[17]。此外，我们还考虑了不同的操作阶段，早期，以及2小时之后，当表面已经得到了很好的磨合时，纳米粒子也有机会“逃脱”束缚。纳米粒子在表面接触中的作用已经被认为是非常重要，并且经过很多次讨论过[23-25]。
我们在本研究中表明，纳米粒子显著减少DLC/DLC接触摩擦，尤其是在边界润滑状态下，纳米管的表面粗糙度显着影响润滑效果。同时随着时间的推移，表面粗糙性能的变化很少，也就是说，经过磨合，光滑的类金刚石涂层润滑与含纳米管的油面始终提供最低的摩擦。为了解释纳米润滑触点对表面粗糙度的影响（任何类型的材料），我们基于图形模型呈现这样的效
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果，2维简称AE，表面轮廓实际是1:1投影比例，纳米颗粒，膜和薄膜厚度也同样。
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2.实验细节
2.1 二硫化钼纳米管
二硫化钼纳米管具有低于100nm的直径和长达20微米的长度，在1073k的温度下将Mo6S4I6渗硫，反应1小时生成气体，气体的体积为98％的Ar，1％的H2S（体积）和1％的H2[26]（体积）。
渗硫过程中的碘完全从起始物质提取，用硫置换出来，X-射线粉末衍射和X射线能量色散分析二硫化钼化合物中的成品碘。该MoS2纳米管仍保持着原始的成分，起始材料（图1（a）），它可以通过使用超声波很容易地分散在极性介质中。该管是小于10nm厚的。较高浓度结构缺陷存在于分汽缸或部分形式的分隔薄板中，并且在纳米管内可见。这是合理的假设，这些缺陷可以影响纳米管的物理iCal属性，它可以产生影响，在切应力作用下更容易脱落。
2.2摩擦学测试
在摩擦试验中，用微型牵引机在室温下来完成自交配DLC/DLC接触，MTM（PCS仪器，英国），用球盘上配置。测试采用19.05毫米（3/4-英寸）直径球和一个46毫米直径的光盘。球被正对着加载在盘和球上，光盘被单独的驱动来创造滚动的SRR。圆盘浸渍在润滑剂时，所有的摩擦实验是在一个35N的正常负载下进行，其对应于最大赫兹1GPA（0.7GPA的平均值）的接触压力。
对于每个样品具的Stribeck曲线（称为“初始斯特里贝克'），最初执行的平均接触速度（也称为夹带速度）为3.2米/秒减小至0.002米/秒（即从弹（弹流润滑的过渡到边界润滑状态）中，用50％的SRR。形成初始的Stribeck曲线后，经过较长时间（2小时）在0.05米/秒恒定的平均接触速度进行测试。在此长期试验结束时，表面进行磨合后，另一个斯特里贝克曲线（称为“最后的Stribeck”）为相同的条件下开始进行的。由于所施加的力和油粘度均保持不变，所有的斯特里贝克曲线都可被指定为摩擦系数，它是
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一个有关于接触速度的指标。斯特里贝克曲线对于每个测试设置为多次取样，代表测量的量就会呈现在图中。
微型牵引机装有一个interferome-尝试该方法来测量亚微米薄膜添加剂在表面-因为它们在测试过程中形成。光学干涉很容易发生，实验终止后立即进行摩擦学测试。进行测量的球是加载贴在玻璃盘和完全接触区域的。
图像是用高分辨率的RGB相机。清洁表面球在测试之前先被成像，然后再对每个经斯特里贝克测试后的球进行成像。
图1二硫化钼纳米管：（1）扫描电子显微镜刺猬状的自组装体显微照片;（2）高
分辨的圆顶终止碳纳米管显微照片
2.3 材料和润滑剂
球和盘的实验方法是来自制造AISI52100/DIN100CR6钢的实验，两者有760HV0.1硬度，用显微硬度计（蓝帜微型装载，野生蓝帜测有限公司，韦茨拉尔，德国）来测量。DLC涂层被沉积在两个球和盘之间，使得DLC/DLC能够接触。DLC涂层是一种可以买到的，使用由苏尔寿SoreviSAS（法国Limoges）生产的涂层即可，等离子体辅助化学气相沉积（PACVD）的过程。该表面层由一种非掺杂的，无定形的，氢化的类金刚石涂层（α-C：H），其厚度为1.1μm。促进中间层由无定型C：H：Si：O型厚度为0.6微米。涂层的硬度为23GPa时，其弹性模量为180GPa，氢含量为30％。算术平均表面粗糙度的Ra，并根均方根表面粗糙度RQ，测量用原子力显微镜（CP-II，Veeco公司，纽约，美国）。球的镭和Rq分别0.010微米和0.012微米。该实验是在两组具有不同表面的DLC涂覆的盘上测量粗糙度。粗糙度参数Ra和Rq是0.0067，0.0005微米和0.0087，0.0005
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