DLC涂层与激光织构凹坑形貌协同调控SUS304不锈钢摩擦磨损性能的机制研究

本研究发现类金刚石碳（DLC）涂层与仿生微织构（六边形、菱形、扇形等）协同作用可显著提升SUS304不锈钢的摩擦学性能。通过球-盘摩擦试验与有限元分析（FEA）证实，六边形织构在分散接触应力、抑制裂纹扩展方面表现最优，为高性能减摩抗磨损表面设计提供了理论依据与实践指导。

　　

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仿生微织构与DLC涂层的制备

尺寸为25 mm × 25 mm × 3 mm的SUS304不锈钢基体依次经200#、800#和1500#砂纸打磨，并采用w_0.25抛光膏处理使表面粗糙度达到0.05 μm（Ra）。研究表明，面积密度为20%的离散微织构在干摩擦条件下具有最佳耐磨性。因此，在中心10 mm × 10 mm区域制备了四种仿生微织构。

摩擦系数与主成分分析

如图3所示，在间歇法向载荷下，具有仿生表面织构/DLC涂层的织构化表面展现出不同的摩擦系数（COF）动态演化模式，其机制归因于特定的几何形状。得益于DLC涂层优异的自润滑特性（通过摩擦过程中的石墨化和转移膜形成），所有四种仿生织构材料均保持较低的COF值。基于分形理论的主成分分析进一步揭示了织构形状对摩擦稳定性的影响。

Conclusions

本研究通过激光加工技术在SUS304基体上制备了四种仿生微织构（六边形、菱形、扇形和环形扇形），并采用过滤电弧真空镀膜技术（DCVA）沉积了类金刚石碳（DLC）涂层。结合摩擦学测试与有限元分析，阐明了仿生织构/DLC涂层协同调控SUS304不锈钢摩擦磨损的机制。主要结论表明，六边形织构因其对称几何结构在应力分散和抗裂纹扩展方面表现卓越，为优化润滑界面提供了关键设计策略。