飞秒激光诱导纳米金刚石薄膜表面周期性结构的摩擦学性能研究

摘要

研究基于飞秒激光辐照方法在纳米金刚石(nano-crystalline diamond,NCD)薄膜表面制备的激光诱导周期性结构(laser-induced periodic surface structures,LIPSS)的摩擦学行为。在空气环境下采用脉冲宽度为200 fs,中心波长为1040 nm的掺镱光子晶体光纤飞秒激光辐照NCD薄膜表面产生LIPSS。基于不同的扫描间隔制备2种LIPSS表面,即连续分布的LIPSS表面(continuously distributed LIPSS,CDL)和均匀间隔的LIPSS带状表面(evenly spaced LIPSS stripes,ESLS)。通过球盘式摩擦磨损试验机进行往复式干摩擦试验来对上述2种LIPSS表面的摩擦学性能进行表征,其中的对磨球为ZrO_(2)陶瓷材质。往复式摩擦试验采用了平行和垂直于LIPSS纹理的2种摩擦方向。研究结果表明:施加LIPSS后的NCD薄膜表面容屑能力得到改善,同时摩擦接触面积降低,因而相比于原始NCD薄膜,其摩擦系数明显降低;对于CDL表面,摩擦方向与LIPSS纹理垂直时的摩擦系数比纹理平行时的更高;ESLS表面的LIPSS纹理方向对摩擦系数无影响。