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Synergistic friction-reducing and anti-wear behaviors of DLC on NCD films via in-situ synthesis by fs laser ablation

材料科学 摩擦学 复合材料 X射线光电子能谱 类金刚石碳 高分辨率透射电子显微镜 拉曼光谱 透射电子显微镜 润滑 纳米压痕 复合数 激光烧蚀 扫描电子显微镜 纳米技术 激光器 薄膜 化学工程 光学 物理 工程类
作者
Yuxiao Cui,Jiahao Ma,Tie‐Gang Wang,Bing Yan,Houjun Qi,Yuanwen Cai,Dawei Zhang,Yanling Tian,Syed Husain Imran Jaffery
出处
期刊:Surface & Coatings Technology [Elsevier BV]
卷期号:409: 126947-126947 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.surfcoat.2021.126947
摘要

In present work, diamond-like carbon (DLC) films are in-situ synthesized on nano-crystalline diamond (NCD) films via femtosecond laser ablation (FLA). Field emission scanning electron microscopy (FESEM), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), atomic force microscopy (AFM), micro-Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and nano-indentation are performed to characterize the as-fabricated DLC/NCD composite films. The tribological performance of as-fabricated DLC/NCD composite films is investigated by ball-on-plate reciprocating friction tests with zirconia bio-ceramic (ZBC) balls as counterparts under simulated body fluid (SBF) lubrication. For comparison, as-grown micro-crystalline diamond (MCD) films and NCD films are also tested. The stable friction coefficient of MCD, NCD and DLC/NCD films is 0.163 ± 0.018, 0.082 ± 0.017 and 0.051 ± 0.016, respectively. Besides, all three types of sample exhibit excellent and close wear resistance, while the wear rate of ZBC counterparts for MCD, NCD and DLC/NCD films varies, which is about 6.59 × 10−8, 1.33 × 10−8 and 1.21 × 10−9 mm3/Nm, respectively. The results show that the DLC/NCD composite films can significantly lower the stable friction coefficient and the amount of wear debris, which is attributed to the lubrication effect and improved surface smoothness by DLC top-layers. On the other hand, much higher stable friction coefficient and greatly increased wear debris can be observed for the MCD and NCD films, which is ascribed to their much rougher surfaces.

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