MXenes及其纳米复合涂层在硅/聚合物基接触面上的摩擦学行为

摘要

为了探究MXenes及其纳米复合涂层的摩擦学行为，以硅片(单晶硅)为基底，分别制备了Ti_3C_2-MXenes涂层、Ti_3C_2-MXenes/纳米金刚石复合涂层以及Ti_3C_2-MXenes/石墨烯复合涂层，测定了硅基底、MXenes及其纳米复合涂层与多种材质轴承球对磨的摩擦系数，并采用光学显微镜、三维白光干涉扫描仪和Raman光谱法对球斑及磨痕的表面形貌及组成进行了表征。结果表明：在所测试的不同材质摩擦球中，在循环次数为1 200下硅基底与聚四氟乙烯(PTFE)球对磨时的摩擦系数最低，硅基底表面的磨痕边缘处有明显的沟壑，其磨损机理以磨粒磨损和黏着磨损为主，聚合物球表面的磨损机理以磨粒磨损和疲劳磨损为主；当硅基表面的Ti_3C_2-MXenes涂层与PTFE球对磨时，PTFE球的自润滑作用使得在1 N载荷下MXenes涂层的摩擦系数稳定在0.14,磨痕表面有明显的PTFE转移层；在1 N载荷下，与PTFE球对磨的Ti_3C_2-MXenes/纳米金刚石复合涂层的摩擦系数稳定在0.15;在0.5 N载荷下，与PTFE球对磨的Ti_3C_2-MXenes/石墨烯复合涂层的摩擦系数稳定在0.18,与未加入石墨烯时相比，硅基表面的聚合物转移层减少。

关键词

表面工程 / MXenes / 纳米涂层 / 固体润滑 / 摩擦学性能 / 磨损机理