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专栏简介
“硬质材料”专栏由 Technologies 编委郭智兴博士主持，专注于难熔金属与硬质材料的材料制备与表征、数控刀具设计制造技术等研究工作。
郭智兴 博士
四川大学
四川省切削刀具智能设计与服务工程技术研究中心副主任，正高职称，博士生导师，四川省学术与技术带头人后备人选，四川省海外高层次留学人才，“常春藤”Brown University国家留学基金委公派访问学者。长期主要从事粉末冶金、涂层、焊接等材料加工技术，难熔金属与硬质材料 (WC基硬质合金、TiCN基金属陶瓷) 的材料制备与表征，数控刀具设计制造技术等研究工作。主持国家自然科学基金、四川省重大专项/重点研发项目 (课题) 等20余项；主研国家重大专项“高档数控机床与基础制造装备”3项，国家自然基金重点项目1项。在国际学术期刊发表SCI论文100余篇 (其中中科院TOP期刊70余篇)，引用2100余次，H-index为28；授权发明专利36项，转化4项；获四川省科技进步二等奖1项及市级一等奖1项。
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引言
类金刚石 (DLC) 涂层因具有高刚度、低摩擦系数 (COF)，高耐磨性能等优异的性能，在各种工况中得到了广泛的应用。DLC涂层中含有金刚石特有的sp3键和石墨特有的sp2键。DLC涂层中掺杂钨会形成碳化钨 (WC)，WC可提高涂层的硬度和耐磨性。掺钨类金刚石 (WC/C) 涂层的一个有前景的应用领域是在制冷压缩机部件中的应用。本研究的主要目的是评估WC/C涂层在制冷压缩机滑动摩擦副中的应用潜力，使用具有和不具有WC/C涂层的S235JR钢样品进行了摩擦磨损对比试验。
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研究内容
在250 °C以下的温度下，本研究使用等离子体辅助气相沉积制备了掺杂钨类金刚石涂层 (WC/C)。图1是涂层的截面形貌，涂层总厚度约为5.2 µm，由三个子层组成。约3 µm厚的近表层主要由C和W原子组成，W原子的最高浓度出现在表面附近；在过渡层 (0.3 µm) 中观察到C、Cr和W的存在；最靠近基体的层厚约为2 µm，主要成分为Cr。
图1. WC/C涂层横截面：(a) 厚度测量。元素分布图：(b) 碳；(c) 铬；(d) 钨；(e) 铁。
摩擦磨损实验是在模拟制冷压缩机极端现实场景的条件下进行的，本研究使用油-制冷剂混合物 (最小润滑) 或单独使用制冷剂 (缺油润滑) 进行了摩擦磨损试验。在测试中使用R452A制冷剂和粘度等级 (VG) 为VG 32的专用多元醇酯 (POE) 油。图2是使用不同润滑方式时的磨痕轮廓。在油-制冷剂混合物 (系列2) 的润滑下，具有WC/C涂层的样品表现出最小的磨损 (约0.1 µm)。相比之下，在没有任何润滑剂的情况下测试的WC/C涂层样品 (系列1) 显示轨迹深度约为0.9—1.0 µm。对于没有WC/C涂层的钢样品，在制冷剂环境中 (系列3) 的磨损痕迹深度为3.4 µm，在油-制冷剂混合物润滑下 (系列4) 的磨损痕深度约为2.6 µm。
图2. 磨痕轮廓曲线。
图3是不同实验条件下的磨损体积，对于涂有WC/C的样品，系列1 (无油) 的体积磨损为4259 µm3，系列2 (用油-制冷剂混合物进行微量润滑) 为608 µm3。没有WC/C涂层的样品的体积磨损为15,043 µm3 (系列3) 和7445.42 µm3 (系列4)。
图3. 磨损体积。
图4是WC/C涂层样品的磨损轨迹。可见，未出现涂层剥落现象，在WC/C涂层样品的表面上可以看到油-制冷剂混合物中摩擦产生的细小划痕，在仅制冷剂存在的情况下摩擦产生较宽划痕。相比之下，在未涂层的S235JR钢样品上，可以看到沟槽的迹象，在仅含制冷剂 (R452A) 的环境中进行磨损测试后，出现了单个凹坑。
图4. 不同磨损实验条件后的磨损形貌：(a) R452/WCC；(b) POE/R452/WCC；(c) R452/S235JR；(d) POE/R452/S235JR。
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研究总结
本研究评估了在制冷压缩机的滑动副上使用掺杂钨的类金刚石涂层 (WC/C) 的潜力。磨损测试是通过使用新型环保制冷剂R452A进行的，对有和没有WC/C涂层的S235JR钢样品进行了比较磨损试验。研究发现具有WC/C涂层的样品的磨损值和摩擦系数 (约0.06) 最低；即使少量的油也可足以改善润滑条件并减少材料损失。
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阅读英文原文
原文出自 Materials 期刊
Górny, K.; Madej, M.; Stachowiak, A. Evaluation of Wear Resistance in Tungsten-Doped Diamond-like Carbon Coatings (WC/C) on Coated and Uncoated Surfaces Under Starved Oil Lubrication with R452A Refrigerant. Materials 2024, 17, 5504.
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版权声明：
*本文由 Technologies 期刊编委郭智兴博士翻译撰写，文中涉及到的论文翻译部分，为译者在个人理解之上的概述与转达，论文详情及准确信息请参考英文原文。本文遵守 CC BY 4.0 许可 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)。如需转载，请于公众号后台留言咨询。
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