射频(RF)溅射镀敷MoS_2润滑膜及其结构和润滑性能的研究

本文介绍了RF溅射镀敷MoS_2润滑膜的特点、应用前景、成膜的基本原理及其制备工艺。并给出了这种膜在空气和真空条件下的滑动摩擦试验机上所测得的摩擦和耐磨性能结果及利用电子显微镜、电子衍射观察和分析膜的结构和表面形态,用俄歇电子谱仪(AES)对膜中的MpS_2和原料MoS_2的硫-钼比进行分析的结果。结果表明MoS_2溅射膜具有良好的润滑性能和一定的耐磨寿命,在这种膜中既含有“结晶型”结构的MoS_2,又含有非晶态的MoS_2,它的硫-钼比与原料MoS_2相比未发生明显的变化。     

二硫化钼基共溅射膜摩擦学性能的研究

本文研究了金、聚四氟乙烯以及石墨等添加物对二硫化钼共溅射膜摩擦学性能的影响。与MoS_2溅射膜相比,MoS_2-Au共溅射膜具有非常优异的摩擦学性能,特别是在高真空条件下;MoS_2-石墨共溅射膜的抗湿性有了很大的改善;而MoS_2-PTFE共溅射膜的摩擦学性能却没有多大改善,这是因为氟在溅射过程中有所损失造成的。合适的偏压溅射可以提高MoS_2基共溅射膜的耐磨寿命。在底材为AISI 440C不锈钢、中间层为铑(5μm)、球为红宝石(单晶)及相对湿度大于98％时的特殊摩擦体系中,MoS_2基共溅射膜具有非常长的耐磨寿命。     

MoS_2-Au共溅射膜摩擦学性能的研究

MoS_2-Au共溅射膜具有非常优异的摩擦学性能,在相对湿度小于13％、等于50％、大于98％以及高真空1.33×10~(-5)Pa的条件下,其耐磨寿命分别是MoS_2溅射膜的2.7、6.0、2.4和24倍;在相对湿度为50％的摩擦环境中,具有比MoS_2溅射膜低且稳定得多的摩擦系数。 利用扫描电镜研究了MoS_2-Au共溅射膜的表面形貌和剖面结构。作者指出,这种膜之所以有很长的耐磨寿命,是因为最后在磨损轨迹上有一层反转移膜。可以认为,这种反转移膜的形成与MoS_2-Au共溅射膜顶部的柱状聚集体结构有关。     

MoS_2-Au共溅膜的结构与性能之研究

作者利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD),俄歇电子能谱仪(AES)和X—射线光电子能谱仪(XPS)等对MoS_2-Au共溅膜的形貌和结构进行了观察与分析,并就这种膜的厚度对耐磨寿命的影响及其抗湿性与MoS_2溅射膜的作了比较,认为共溅膜的柱状聚集体结构是其具有良好性能的原因。溅射时氩气压强对MoS_2-Au膜结构和性能影响的研究结果表明,不同氩气压强下得到的MoS_2之结晶度不同,因而共溅膜的摩擦学性能也不相同。作者还就膜与底材的结合强度同耐磨寿命的关系,以及底材表面缺陷对膜结构的影响进行了讨论。     

内装摩擦试验机的SEM及其在观察固体润滑膜磨损过程中的应用

作者研究了固体润滑膜的摩擦与磨损,特别强调的是使用了内装栓-盘式摩擦试验机的扫描电镜(SEM)和能量色散X-射线分析仪研究膜的磨损率。该仪器具有半定量测量磨痕上膜厚横截面分布的优点,因而可获得膜磨损率的结果。 在5N负荷、各种气氛下,以0.3～1.0mm/s的滑动速度对溅射MoS_2膜、离子镀铅膜和溅射聚四氟乙烯(PTFE)膜进行了试验。 氧气的存在响影MoS_2膜的磨损率。MoS_2膜在氮气和真空中的磨损率比在空气和氧气中的大一个数量级。这表明,氧气的存在对降低磨损率是有益的,至少在滑动起始阶段如此。与MoS_2膜相反,铅膜在含氧气氛中迅速磨损。在所有气氛中,它们的磨损率几乎比MoS_2膜的大三个数量级。PTFE膜的磨损率几乎不受气氛的影响。     

溅射MOS_2膜和PTFE膜在边界润滑条件下的摩擦学性能之研究

本文对溅射二硫化钼(MoS_2)膜和聚四氟乙烯(PTFE)膜在边界润滑条件下的摩擦学性能进行了研究。结果表明,与未镀膜的轴承钢相比,这两种固体润滑膜都具有较好的抗粘着性和减摩性,以及对硬质颗粒良好的嵌入性,但在同样的负荷条件下,PTFE膜的磨损比MoS_2膜的轻微。     

溅射工艺对MoS_2溅射膜性能的影响

为了进一步认识溅射MoS_2的成膜机理和提高该膜的性能,作者进行了溅射工艺对该膜性能影响的研究并考察了溅射电压、氨气压力、镀层厚度、底材形态与膜的淀积速率和耐磨寿命间的关系。这些结果表明,膜的淀积速率,耐磨寿命受电压和气压的影响具有一定的规律,膜的生长状态随厚度的增长而有所变化,使膜的颜色由灰色逐渐变为烟黑色,相应的淀积速率也有明显的不同。     

常规溅射MoS_2膜与共溅MoS_2—Ni膜的特性比较

在许多应用中显然需要薄的干润滑膜,而溅射是理想的适合于提供这样的涂层的工艺过程。由于在这个过程中用了高能量,难免发生一些化学计量损耗和结构偏差。据观察,精确控制过程参数可以大大地减少化学计量的偏差,与MoS_2同时共溅其它材料显然有助于膜的结构生长。鉴于这些观察结果,这个报告比较了常规溅射MoS_2涂层和MoS_2+Ni共溅涂层,比较是在滑动磨损条件下用不同试验速度、负荷和涂层厚度进行的。     

溅射MoS_2膜的特征形态及摩擦变化

溅射MoS_2膜显微结构的生长可分为与膜厚有关的三个阶段:(1)成核时形成突起,(2)等轴转化区域和(3)针状结构。每个生长阶段是依据微晶的大小、形状和排列方向来表征的。有效润滑膜的厚度是依据滑动试验时显微结构生长阶段来确定的,此膜在柱状结构区域有破裂的倾向,实际润滑由保留下的0.18～0.22微米厚的膜来完成。为了评价溅射MoS_2膜的完整性还提出了一种直观的方法。润滑性能是用擦抹前后的光学性能变化来识别的,微晶的取向导致所观察到的光学上反射性的变化。     

国外固体润滑文献索引

9010025(Z0025) The Influence of Surface Chemistry on MoS_2 Transfer Film Formation/表面化学对形成MoS_2转移膜的影响(英文),Fleischauer, P.D., 《ASLE Trans.》,30 (April,1987)160～161. 9010026(Z0026) Modelling of Wear in a Solid Lubricated Ball Bearing/固体润滑滚珠轴承的磨损模型(英文),Cupta, P.K.,《ASlE Trans.》, 30(Jan.,1987)55～62. 9010027(Z0027)     

MoS_2与金属表面摩擦后生成转移膜的研究——Ⅰ.用AES和SEM的初步考察

二硫化钼与金属相摩擦可在金属表面上形成一层MoS_2转移膜。这种转移膜对润滑效果有着重要的影响。在相同的摩擦条件下,不同金属底材上的MoS_2转移膜的牢固程度不同。作者用扫描俄歇电子能谱(SAM)和扫描电镜(SEM)考察了MoS_2在不同金属表面上摩擦转移膜的硫的俄歇电子象和表面形貌,並用氨离子刻蚀技术与俄歇电子能谱(AES)联用,试图鉴别MoS_2与金属底材附着的牢固程度。最后用栓-盘型摩擦试验机评价了各种金属底材上MoS_2转移膜的耐磨性能,并与金属的硬度,金属硫化物的原子化能、金属-硫键键能进行了关联。结果说明,MoS_2的摩擦转移膜与金属底材附着的牢固程度和耐磨性都难以用物理学说解释,似乎与该金属的化学活性有关,本文简要地叙述了这些试验的结果。     

不同调制周期MoS2/DLC多层薄膜结构及摩擦学性能

采用多靶射频磁控溅射方法,在Si(100)衬底上制备不同调制周期(Λ分别为54 nm、30 nm、18 nm)MoS_2/类金刚石(DLC)多层薄膜.利用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜、纳米压痕仪研究多层膜的形貌、微观结构及力学性能受调制周期的影响规律;利用球-盘摩擦试验机考察薄膜在大气环境下的润滑性能.结果表明:采用交替沉积MoS_2/DLC多层膜可有效抑制溅射MoS_2中柱状结构生长,制备的薄膜结构致密;多层膜硬度随调制周期的增加而增大.透射断面分析表明:多层膜层间界面不平整但周期性结构清晰且致密,其调制周期厚度与试验设定值基本一致.与纯MoS_2薄膜相比,调制周期为54 nm的薄膜具有较好的法向承载及弹性恢复能力,其硬度最高,达7.15 GPa;法向载荷为5 N时,该薄膜在大气环境(相对湿度约30%)下具有最低的摩擦系数(0.09)和最低的磨损率[1.34×10~(–7) mm~3/(N·m)].     

锡青铜上MoS_2擦涂膜磨损轨迹的考察

用多功能电子能谱仪和扫描电镜初步研究了锡青铜盘上MoS_2擦涂膜和45号钢栓的磨损轨迹。结果表明,在摩擦过程中MoS_2中的硫与底材发生了化学反应并生成SnS、Cu_2S、FeS。这些硫化物有利于MoS_2膜与底材间的粘附和润滑。並得到了表面形貌、表面组成、表面元素的价态和深度分布等多种资(?)。     

二硫化钼转移膜的X-射线衍射研究

利用X-射线衍射法测定了不同条件下,在对硫具有不同化学活性的铜、铁、铝底材上形成的MoS_2转移膜的晶体取向、物相状态及膜的厚度。探讨了这三种金属底材上在不同条件下形成的MoS_2转移膜厚擦磨损性能的差异。结果表明,在金属底材上的MoS_2转移膜,其基础面呈平行于底材表面排列,较厚的膜形成在对硫具有较高化学活性的金属底材上。在高温擦涂MoS_2的铜样品上,有Cu_2S产生,磨损试验表明,这对提高MoS_2转移膜的耐磨寿命是有益的。研究结果还表明,X-射线衍射法对于研究固体润滑机理,尤其是对于解决各种固体润滑膜厚度的定量测定问题是一种有用的手段。     

C/N共掺MoS2复合薄膜的微结构及其摩擦特性研究

采用射频磁控溅射法,在氩和氮混合气氛下共溅射二硫化钼和石墨靶制备不同石墨靶溅射功率的C/N共掺MoS_2复合薄膜(MSCN).通过EDS、XPS、SEM和TEM对薄膜的成分及微观组织结构进行分析;利用纳米压痕仪,高真空摩擦试验机和UMT-2摩擦试验机分析薄膜的力学和摩擦学性能,并探讨了C/N共掺及对薄膜结构、力学和摩擦学性能的影响.结果表明:MSCN复合薄膜中的C含量随着石墨靶溅射功率的增加而增加;C/N共掺使得薄膜结构致密平整;当石墨靶溅射功率350 W时,薄膜呈现自形成纳米多层结构,该结构的出现使得薄膜最高硬度可达9.76 GPa,并且在高真空和大气环境下相比纯MoS_2薄膜表现出更低的摩擦系数以及良好的高耐磨性.     

化学转化MoS_2膜的润滑特性

作者在验证Brophy的化学转化MoS_2膜工艺的基础上对该法作了改进,确定了转化的最佳条件,制得了较厚的膜,其耐磨寿命大为延长。该膜经X—线衍射和电子探针分析表咐,其主要成分为无定型的MoS_3,经真空加热后其主要成分转变为MoS_(2.4),摩擦系数可明显下降。     

国外固体润滑文献索引

9010001 (Z0001) Preparation and Properties of Different Types of Sputtered MoS_2 Films/不同类型溅射MoS_2膜的制备和性能,Buck, V., 《Wear》, 1987, Vol.114, No.3, 263～274. 9010002 (Z0002) Friction and Wear of Polymers/聚合物的磨擦与磨损, Holmberg, K., 《Wear》 1987, Vol.115, No.2, 95～105. 9010003 (Z0003) Solid Lubricant Coatings Using Electromagnetic Raingun Aeceleration/利用电磁加速枪喷涂的固体润滑涂层,Lund,C.J.,《Wear》, 1987, Vol.119, No.     

MoS_2与金属表面摩擦后生成转移膜的研究——Ⅱ.MoS_2转移膜与钢摩擦时的化学效应

作者用多种表面分析技术考察了MoS_2转移膜在50～300℃温度下的失效及其对摩面的化学效应,其中主要是氧化反应。作者认为,在MoS_2转移膜的润滑中控制和利用这种氧化反应是值得注意的问题。     

用角分辩光电子能谱对溅射MoS_2膜结构的研究

用射频(rf)溅射法,在辉钼矿单晶和钢两种底材上沉积了MoS_2膜。以评价不同制备条件对膜性质的影响。然后用角分辨光电子能谱对样品进行测试,在以下几方面提供了信息:层状晶体基面的取向,紧靠底材的膜层(在1～10nm以内)和由较大的微晶组成的厚一些的宏观膜。(大约70～200nm)对于沉积在晶体基面上厚4.3nm的膜来说,其光电子发射对角度的依赖关系跟底材的一样,这就说明在这些膜内择优取向。对于在钢底材上厚一些的膜,所作的角分布研究结果跟先前的俄歇电子能谱的结果一致,因而证实润滑膜因取向不同而在它上面出现不同厚度的氧化物膜。对角度的依赖关系的数据跟描述膜表面的组成和结构的模型相吻合。     

油溶性添加剂和分散的二硫化钼在矿油中的润滑效应

为了减少机械零件的摩擦和磨损,常常推荐在矿油中,添加固体润滑剂。然而在流体润滑剂中通常还采用油溶性抗磨和极压添加剂。作者,采用三种不同的试验装置,模拟混合膜润滑的条件,研究了MoS_2与某些抗磨和极压添加剂的相互作用。研究结果指出,在多数情况下,MoS_2对抗磨性能起到了一定的正效应。在球—圆柱体装置上的研究表明,MoS_2提高了液体润滑剂的负荷承载能力。不过对于某些实际应用,仍需要细致地试验固体润滑剂的效果。