多层碳键联石墨烯涂层的宏观摩擦磨损特性

石墨烯作为固体润滑剂具有重要应用价值,但目前宏观载荷下多层石墨烯涂层对微机电系统硅材料器件的保护作用尚待进一步探索.利用线性往复摩擦试验机,对硅基底上厚度约为230 nm的多层碳键联石墨烯(CBG)涂层进行常温高接触应力条件下的宏观摩擦磨损特性分析.试验结果发现:CBG涂层显著降低了硅片表面的摩擦因数以及磨损程度.当载荷从1 N(约551MPa)增加至5N(约942 MPa),摩擦因数均稳定在0.12～0.18.进一步,在5 N大载荷作用下的18 000次往复摩擦中,摩擦因数仍基本维持在0.2以下,最低磨损率约为5.0×10-7 mm3/(N·m),有效验证了 CBG涂层优异的宏观摩擦磨损性能.CBG涂层上出现的块状碎片、剥离坑和连续划痕是磨损退化的基本缺陷形式,较高接触应力下磨损颗粒产生的犁削行为可能是涂层被逐渐剥落的主要原因.研究成果表明CBG涂层在宏观载荷下具有优异的减摩耐磨性能,可以揭示涂层的磨损过程和破坏机理.