不同調(diào)制比WS2-C多層膜的結構及機械性能.pdf

1、層狀結構的WS2在真空環(huán)境下具有摩擦系數(shù)低、耐磨性能好等優(yōu)點，因此被廣泛應用于機械加工和航天航空等領域中。但是純WS2薄膜結構疏松、硬度低、結合力差，在潮濕大氣中容易氧化潮解，從而限制了其實際應用。為了改善WS2薄膜在潮濕大氣環(huán)境下的潤滑性能，越來越多的學者開始研究多層膜。WS2/C復合薄膜結構致密，能夠在潮濕大氣中保持良好的摩擦性能，而多層膜設計能夠緩解膜層的內(nèi)應力和界面應力。
　　本文采用磁控濺射沉積技術交替濺射WS2靶和石墨

2、靶，在單晶硅片上制備調(diào)制周期為20nm的WS2/C多層膜，研究了兩種沉積溫度(80℃和200℃)下不同調(diào)制比(La-C/LWSx為1∶39，1∶19，1∶9，1∶6，1∶4）納米多層膜的組織結構和機械性能;考察不同沉積溫度下不同調(diào)制比多層膜在真空、大氣（相對濕度約50％）中摩擦學性能。
　　測試結果表明:沉積溫度為200℃時，隨著調(diào)制比La-C/LWSx的增加，多層膜的S/W比在0.88到0.98范圍內(nèi)變化，薄膜結構更加致密、表面

3、更加平整，WSx子層以微晶的形式存在，WSx/a-C相界面處形成了WC相;多層膜的硬度呈單調(diào)增大趨勢，由7.8GPa升高至9.0GPa，薄膜內(nèi)壓應力先減小后增大，結合力單調(diào)減小，當La-C/LWSx為1∶39時，結合力最大。
　　在大氣環(huán)境下，多層膜的摩擦因數(shù)呈現(xiàn)增大的變化趨勢，并高于純WSx膜，磨損率也呈現(xiàn)單調(diào)增大的變化規(guī)律，小調(diào)制比的多層膜磨損率低于純WSx膜。當調(diào)制比La-C/LWSx為1∶39時，摩擦學性能最佳，摩擦因素為

4、0.174，磨損率為6.1×10-15m3N-1m-1。
　　在真空環(huán)境中，多層膜的摩擦因數(shù)呈單調(diào)增大的變化規(guī)律，并低于純WSx膜，磨損率也呈單調(diào)增大的變化趨勢，小調(diào)制比的多層膜磨損率低于純WSx膜。當調(diào)制比La-C/LWSx為1∶19時，摩擦因素最小，為0.06，但磨損率為3.89×10-15m3N-1m-1，當調(diào)制比為1∶39時，摩擦因數(shù)略高，為0.069，但磨損率達到最小值2.2×10-15m3N-1m-1。
　　沉積

5、溫度為80℃時，隨著調(diào)制比的增大，多層膜的表面平整、結構致密，其S/W比在1.01到1.27范圍內(nèi)變化，比高溫沉積薄膜的略高;WSx子層依然以微晶的形式存在，但在WSx/a-C相界面處未形成了WC相;硬度整體上逐漸增加，最大值達7.87GPa，結合力呈現(xiàn)單調(diào)減小的趨勢，調(diào)制比為1∶39時取得最大值37N。
　　在大氣和真空環(huán)境下，多層膜的摩擦因數(shù)都呈現(xiàn)先減小后增大的變化規(guī)律，在1∶19時取得最小值，磨損率則都呈現(xiàn)單調(diào)增大的變化趨勢