MoS2-C復(fù)合潤滑薄膜的制備及摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、層狀結(jié)構(gòu)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(shù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是由傳統(tǒng)磁控方法制備的MoS2薄膜結(jié)構(gòu)疏松、硬度低、結(jié)合力差以及易與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，限制了其更廣范圍的應(yīng)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(duì)于較為普遍的金屬摻雜，MoS2-C復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)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(fù)合潤滑薄膜制備，并采用直流磁控濺射技

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

3、碳膜結(jié)構(gòu)中，避免了受力時(shí)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(fù)合潤滑薄膜的膜基結(jié)合性能，劃痕臨界載荷為56N遠(yuǎn)大于直流磁控工藝的25N。
　　多環(huán)境摩擦測(cè)試表明:MoS2-C復(fù)合薄膜在不同濕度環(huán)境表現(xiàn)出良好的環(huán)境適應(yīng)性，改變環(huán)境濕度，復(fù)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(jí)的磨損率;氮?dú)猸h(huán)境能夠抑制摩擦化學(xué)反應(yīng)的

4、發(fā)生，維持了穩(wěn)定的轉(zhuǎn)移潤滑層，使復(fù)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(fù)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(jìn)MoS2的非晶晶化，還會(huì)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(shí)，摩擦壽命卻大幅減小;MoS2-C復(fù)合薄膜的摩擦系數(shù)和磨損率隨著測(cè)試載荷的增加而降低，載荷從3N增大至20N時(shí)，摩擦系數(shù)由0.08降至0.03，預(yù)示薄膜具