磁控溅射MoS2/W复合薄膜的微结构与摩擦学性能研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)江苏大学机械工程学院 作者:孙建荣

  采用磁控溅射法, 用纯MoS2/ W 双靶在模具钢Cr12 和硅基片上溅射MoS2/ W 复合纳米薄膜, 通过X 射线衍射仪、能谱仪、扫描电子显微镜对薄膜的成分和结构进行分析。采用UMT- 2 型微摩擦磨损试验机在大气( 相对湿度30%~ 45% ) 和室温( 20~ 25􀀁 ) 环境下评价薄膜的摩擦磨损性能。结果表明: MoS2/W 复合薄膜组织致密, 主要生长晶向为( 002) 晶向, 摩擦因数低, 摩擦学性能优于纯MoS2 膜, 且耐磨寿命高、摩擦稳定性好、承载能力大。

  具有层状结构的MoS2、WS2、MoSe2、NbSe2 等过渡族金属硫硒化物因摩擦因数极低、润滑性能好, 是一类优异的真空固体润滑材料而被广泛应用。但MoS2、WS2 等在大气中却容易氧化失效, 在潮湿环境气氛下摩擦学性能相对恶化, 对气氛十分敏感。因此研究在大气环境下充分发挥其优异的润滑性能, 提高耐磨性、降低其对环境的敏感性显得尤为重要。

  研究表明, 与金属共溅射制备复合薄膜可显著改善其在大气条件下的摩擦磨损性能。赖德明等共溅射制备的WS2/ Ag 非晶态复和薄膜, 由于Ag 弥散分布于WS2 薄膜中, 增强了薄膜的致密性,使薄膜在大气中尤其在潮湿空气中抗磨损性能有了很大提高。李永良等制备的MoS2/Ti 共溅射薄膜, 提高了薄膜的硬度及薄膜耐磨寿命, 对磨屑的产生起到了抑制作用, 并且有利于转移膜形成, 改善了钢基体的摩擦学性能。张晓化等制备的MoS2/ Ti磁共溅射薄膜, 采用合理的溅射工艺, 使得复合薄膜结构更加致密, 具有较好的微动疲劳性能和摩擦学性能。

  但MoS2/W 复合薄膜却鲜有研究。为了提高MoS2 固体润滑薄膜在大气条件下, 尤其在潮湿气氛环境中的使用寿命, 增强抗磨损能力, 本文选用固体润滑剂MoS2 靶和纯W 靶, 采用磁控双靶溅射法, 制备出MoS2/W 复合薄膜, 在室温潮湿大气条件下研究复合薄膜的抗磨损性能, 并对磨痕进行了研究。结果表明, 溅射制备的复合薄膜具有非常优异的抗磨损性能、具备良好的环境适应性, 从而可以拓展其在工业领域中的应用。

结论

  (1) 利用磁控溅射共溅射方法制备出性能优良的MoS2/W 固体润滑复合薄膜, 在室温大气环境下,复合薄膜的耐磨寿命高, 摩擦稳定性以及抗载荷能力均达到较优状态, 摩擦因数低。

  (2)W 的溅射沉积使得复合薄膜结构致密, 耐磨性能好, 具有较好抗氧化性。

  (3) 在不同工作环境条件下, MoS2/W 纳米复合薄膜的摩擦因数较MoS2 薄膜稍高, 但MoS2/W 复合薄膜在潮湿空气中具有更优异的耐磨性能, 且摩擦状态更稳定。

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