化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)金刚石薄膜具有良好的力学和化学性能,常被涂覆在机械密封环端面,以提升其密封性能。深入了解金刚石薄膜在不同工况下的摩擦学性能可以为金刚石涂层在机械密封环端面的成功应用提供重要的理论依据。本文基于摩擦学实验,结合电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪、能谱仪和台阶仪等实验手段,研究了金刚石薄膜在不同工况环境(试验参数、含磨粒介质、酸碱介质和表面织构形貌)条件下对氮化硅、碳化钨材料的摩擦磨损性能,研究结果如下:1、摩擦试验参数对金刚石薄膜的摩擦学性能有显著的影响。当法向载荷从8 N增加到20 N时,摩擦副会更快达到较低的摩擦系数稳态值。这是由于载荷的增大会加剧金刚石薄膜表面局部的石墨化,从而优化摩擦界面润滑性能。此外,当摩擦转速达到200-400 rpm时,摩擦对的摩擦系数与对磨球的磨损率均达到最低值,分别为0.0758和4.48×10-4 mm3N-1m-1。这是由于当转速交变频率增加时,摩擦的快慢转变会导致摩擦热的散失,在一定程度缓解石墨化进程从而削弱摩擦润滑性,进而降低摩擦对的摩擦学性能。2、摩擦液的酸碱性、磨粒含量及磨粒尺寸均会影响金刚石薄膜的摩擦磨损性能。在添加10 g的W5型金刚石磨粒后,MCD/Si3N4摩擦对表现出最佳的摩擦学性能,即其对应的摩擦系数为0.076及对磨球的磨损率为5.93×10-4 mm3N-1m-1。这是由于摩擦液中添加适量磨粒会增强润滑膜的承载力;而磨粒含量过大时则引起磨粒大量聚集,从而形成类似W10大磨粒的金刚石团块,进而破坏润滑体系的稳定性而降低了金刚石薄膜摩擦学性能。与水润滑相比,NCD/Si3N4摩擦副在酸碱液下的摩擦系数与球磨损率会明显降低。原因是氢离子、氢氧根基团会影响氮化硅表面的水解,从而影响摩擦系数和氮化硅球的磨损。在盐溶液中主要是根据流体润滑效应,通过增加摩擦液浓度从而提高润滑膜的稳定性,进而减缓其摩擦磨损。3、合理的激光织构间距对金刚石薄膜的摩擦学性能有一定的改善效果。当织构间距为90 μm时,金刚石薄膜的摩擦系数和对磨球的磨损率均达到最低值,分别为0.097、2.78× 10-4 m3N-1m-1,即其摩擦学性能最佳。这是因为在薄膜表面的微织构会提高摩擦界面对水的浸润性,从而形成稳定的动压液膜,当织构间距过大或过小,均会影响金刚石薄膜表面的吸水性,从而通过改变润滑膜的润滑性而使得金刚石薄膜的摩擦学性能达不到最佳状态。