不同介質環境下GaN晶片摩擦因數曲線

不同電解質溶液電化學腐蝕GaN晶片的摩擦因數曲線

不同電解質溶液電化學腐蝕摩擦磨損溝槽截面圖

不同電位下電化學腐蝕GaN晶面摩擦因數曲線

不同磨料對腐蝕面摩擦磨損溝槽截面圖

不同電解質溶液的極化曲線

不同GaN晶片表面摩擦磨損區域形貌分析

不同腐蝕電位的電化學腐蝕磨損痕SEM形貌

通過GaN晶片的摩擦磨損實驗，研究了不同介質環境下GaN晶片表面磨損的摩擦因數及磨痕形貌，進一步研究了電化學作用下不同電解質溶液電化學腐蝕、不同腐蝕電位電化學腐蝕GaN晶片表面的摩擦磨損特性，最后探討了磨料的引入對GaN晶片表面摩擦磨損特性的影響，得出以下結論。

1）在摩擦磨損過程中，介質環境對表面摩擦的影響較大。在干摩擦環境時摩擦因數約為0.6，且摩擦因數曲線波動較大。在去離子水介質環境下，摩擦因數約為0.2，摩擦因數曲線相對平穩，說明在摩擦過程中水介質起到了潤滑作用。

2）GaN晶片經電化學腐蝕后，其摩擦因數比未腐蝕晶片的摩擦因數大。不同電解質電化學腐蝕GaN晶片的摩擦因數曲線相互交叉，NaOH溶液電化學腐蝕表面磨痕溝槽的深度、寬度、磨損率最大，其次為Na₂S₂O₈電化學腐蝕表面，最后為H₃PO₄電化學腐蝕表面。在GaN晶片表面磨痕區域，材料破損缺陷存在明顯差異，NaOH溶液電化學腐蝕表面的材料脆性破損缺陷區域最大，Na₂S₂O₈溶液和H3PO4溶液電化學腐蝕表面材料脆性破損缺陷區域較小。由電化學腐蝕極化曲線塔菲爾外推法得到的腐蝕速率實驗結果表明，在電化學過程中GaN晶片的腐蝕速率依次為NaOH>Na₂S₂O₈>H₃PO₄。NaOH溶液電化學腐蝕面的磨損程度最大，說明電化學腐蝕作用有效提高了表面摩擦磨損率。

3）隨著電化學腐蝕電位的增大，GaN晶片腐蝕表面摩擦因數呈逐漸增大趨勢，摩擦表面磨痕溝槽尺寸、磨損率逐漸變大。通過觀察摩擦痕表面微觀結構發現，腐蝕電位越高，磨痕區域內材料破損缺陷越多，材料脆性斷裂去除的形式越強。說明腐蝕電位越高，表面電化學腐蝕作用越強，在摩擦過程中磨痕表面材料脆性斷裂形式越明顯。

4）磨料對電化學腐蝕表面摩擦實驗的影響差異較大。硬質金剛石磨料能極大地增加磨損區域磨痕尺寸和磨損率，在磨損區域材料破損缺陷增多，磨損缺陷材料去除主要為脆性斷裂形式。在軟質球形硅溶膠磨料的表面磨痕區域未見明顯破損缺陷，在其表面可見塑性域去除痕，軟質硅溶膠磨料能有效減少電化學腐蝕表面摩擦磨損材料的去除缺陷。