聚晶金刚石是一种广泛应用的超硬钻具材料,以其低摩擦系数、耐磨损、超高硬度、良好韧性等优异性能,在如超深部、外太空等非常规能源勘探领域中具有广阔的应用前景。在实际工程应用中,聚晶金刚石工具需面临各种恶劣工况环境,不可避免的会产生剧烈摩擦磨损,甚至引发工件的失效。根据文献调研可知,湿度、气氛和真空环境因素对聚晶金刚石的摩擦磨损具有较大的影响。本文通过调控聚晶金刚石材料不同界面条件(微纳米碳材料、湿度、交变氛围、真空度),探究聚晶金刚石与氮化硅材料的摩擦磨损机制。研究结果表明:(1)不同微纳米碳材料/相对湿度复合条件,聚晶金刚石复合片对磨氮化硅球在5%和40%相对湿度条件下时不同微纳米碳材料与空白对照组的摩擦系数区别很小,摩擦系数分别稳定在约0.05和0.11;10%~30%相对湿度时在界面间添加洋葱碳后摩擦系数分别约为0.043、0.058和0.085,摩擦系数降低幅度最大,可降低至未添加洋葱碳时二分之一。各湿度下不同微纳米碳材料均可起到降低聚晶金刚石磨损率的作用。在界面间添加洋葱碳后为对磨副提供了大量碳源,在对磨界面形成较厚的碳质转移膜的同时,洋葱碳颗粒也在界面间起到滚动纳米轴承的作用,因此导致了最低的摩擦系数。(2)大气-真空交变氛围条件时,在大气氛围下摩擦生成的彩色碳质转移膜在真空氛围下具有更好的减磨效果,摩擦系数可低至0.03。该转移膜对不同载荷的可承载时间不同,载荷越高,转移膜维持的时间越短,导致稳态低摩擦系数持续的时间也越短。(3)碳洋葱在空气和真空中都具有降低摩擦系数和磨损率的优点。真空氛围下时在摩擦界面间添加洋葱碳有利于在摩擦过程中生成碳质转移膜。在2N载荷下时未添加洋葱碳时摩擦系数从0.2到0.5波动;添加洋葱碳后摩擦系数可从大幅降低至约0.03,磨损也得到大幅减小。真空下摩擦生成的碳质转移膜只能承受较低的载荷。2N载荷添加洋葱碳后下生成的转移膜可以维持长达30分钟低至0.03的摩擦系数,而10N较高载荷下添加洋葱碳后只能维持约4分钟约0.05的较低摩擦系数,随后摩擦系数急剧上升。