二硫化鎢(WS2)薄膜的制備及其摩擦學(xué)性能.pdf

1、在高溫、高真空或高低溫循環(huán)等苛刻條件下，液體潤(rùn)滑劑由于無(wú)法滿足使用要求，這使?jié)櫥瑒┟媾R嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在這些環(huán)境中，固體潤(rùn)滑膜可以代替液體潤(rùn)滑劑有效地發(fā)揮潤(rùn)滑功能，并已被廣泛應(yīng)用于真空設(shè)備及空間技術(shù)領(lǐng)域。由于具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能以及比MoS2更高的抗氧化溫度，WS2已經(jīng)成為解決苛刻運(yùn)行環(huán)境中潤(rùn)滑問(wèn)題的有效途徑。
　　 本課題采用反應(yīng)磁控濺射硫化法和射頻磁控濺射兩種沉積方法在3Cr13不銹鋼基片上沉積二硫化鎢(WS2)薄膜。采用SEM

2、，XRD，EDS對(duì)薄膜的形貌、結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分進(jìn)行了表征和測(cè)試；采用劃痕試驗(yàn)測(cè)定了薄膜與界面的結(jié)合強(qiáng)度，采用觸針?lè)y(cè)量薄膜的厚度，并通過(guò)微摩擦試驗(yàn)機(jī)表征了WS2薄膜的摩擦學(xué)性能。
　　 XRD檢測(cè)結(jié)果顯示，利用本課題兩種沉積方法在不銹鋼基片上沉積的WS2薄膜可以是非晶態(tài)也可以是晶態(tài)。EDS測(cè)出WS2薄膜內(nèi)S、W元素的質(zhì)量百分比和原子百分比，由分析數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)參數(shù)不同，WS2膜的成分結(jié)構(gòu)及性質(zhì)都有所變化；SEM分析發(fā)現(xiàn)薄膜由均勻的

3、顆粒組成，薄膜與基體結(jié)合良好，沒(méi)有出現(xiàn)開(kāi)裂、分離的情況。反應(yīng)磁控濺射硫化法檢測(cè)結(jié)果表明硫化溫度對(duì)WS2薄膜的表面形貌和結(jié)晶率有明顯的影響，而對(duì)膜層的化學(xué)成分影響不大。射頻磁控濺射法檢測(cè)結(jié)果表明添加過(guò)渡層可以改善薄膜結(jié)合力；經(jīng)過(guò)退火處理的薄膜出現(xiàn)結(jié)晶趨勢(shì)。本文還總結(jié)了兩種沉積方法制備的WS2薄膜在不同參數(shù)(如：硫化溫度、濺射功率、濺射氣壓、濺射時(shí)間和過(guò)渡層等)條件下，薄膜結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、膜厚、薄膜與基底界面的結(jié)合力等隨工藝參數(shù)的變化規(guī)律。

4、
　　 采用微摩擦試驗(yàn)機(jī)研究了WS2薄膜的摩擦學(xué)性能。討論了不同工藝參數(shù)對(duì)薄膜摩擦學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：對(duì)于反應(yīng)磁控濺射硫化法制備的WS2薄膜，可以有效改善不銹鋼基底的摩擦學(xué)性能。而且隨著硫化溫度的升高，薄膜摩擦學(xué)性能隨之提高。對(duì)于射頻磁控濺射法，研究了摩擦學(xué)性能隨不同工藝參數(shù)的變化規(guī)律。本文發(fā)現(xiàn)增加一定的過(guò)渡層對(duì)于沉積質(zhì)量較好的薄膜十分有利，增加過(guò)渡層后，減小了薄膜內(nèi)應(yīng)力，增加了薄膜與基底的結(jié)合力，明顯提高了成膜質(zhì)量，制得的