MoS2-C復合潤滑薄膜的制備及摩擦學性能研究.pdf

1、層狀結構的MoS2薄膜具有超低的摩擦系數(shù)，作為一種性能優(yōu)良的固體潤滑薄膜在真空及空間技術領域應用廣泛。但是由傳統(tǒng)磁控方法制備的MoS2薄膜結構疏松、硬度低、結合力差以及易與空氣中的氧發(fā)生反應，限制了其更廣范圍的應用。為了改善MoS2薄膜在多環(huán)境下的潤滑性能，摻雜元素是主要解決途徑之一。相對于較為普遍的金屬摻雜，MoS2-C復合薄膜結構致密，能夠在潮濕環(huán)境下維持較低摩擦系數(shù)。本文主要探索了MoS2-C復合潤滑薄膜制備，并采用直流磁控濺射技

2、術以及復合高功率脈沖磁控濺射技術制備了以Ti為過渡層的MoS2-C復合潤滑薄膜，研究了碳摻雜對復合薄膜結構和性能的影響，探討了高功率脈沖磁控濺射(HIPIMS)技術制備Ti過渡層的優(yōu)點，并著重分析了MoS2-C薄膜多環(huán)境下摩擦學性能，討論了其摩擦潤滑機理。
　　采用直流磁控沉積技術濺射碳和MoS2復合靶，制備出含碳為量40.9％～73.1％的MoS2-C復合潤滑薄膜，測試結果表明，復合薄膜呈非晶結構，MoS2以非晶的形式彌散在非晶

3、碳膜結構中，避免了受力時產(chǎn)生的晶間滑移，使MoS2-C薄膜具有較高的硬度(7.0～10.8 GPa)。HIPIMS制備的Ti過渡層極大地改善了MoS2-C復合潤滑薄膜的膜基結合性能，劃痕臨界載荷為56N遠大于直流磁控工藝的25N。
　　多環(huán)境摩擦測試表明:MoS2-C復合薄膜在不同濕度環(huán)境表現(xiàn)出良好的環(huán)境適應性，改變環(huán)境濕度，復合薄膜仍維持0.1以下的摩擦系數(shù)以及10-7 mm3/Nm數(shù)量級的磨損率;氮氣環(huán)境能夠抑制摩擦化學反應的

4、發(fā)生，維持了穩(wěn)定的轉移潤滑層，使復合薄膜在該氣氛下獲得0.02的摩擦系數(shù)及10-8 mm3/Nm磨損率;固體潤滑及油脂的共同作用使MoS2-C復合薄膜在油環(huán)境下表現(xiàn)穩(wěn)定的、較低的摩擦系數(shù);高溫除了能夠促進MoS2的非晶晶化，還會使薄膜表層出現(xiàn)粉末化，在獲得極低摩擦系數(shù)(0.02)的同時，摩擦壽命卻大幅減小;MoS2-C復合薄膜的摩擦系數(shù)和磨損率隨著測試載荷的增加而降低，載荷從3N增大至20N時，摩擦系數(shù)由0.08降至0.03，預示薄膜具