非平衡磁控溅射沉积MoS2-Ti 复合薄膜的结构与真空摩擦磨损性能研究

采用非平衡磁控溅射法制备MoS2-Ti复合薄膜,采用SEM、XRD和XRF对薄膜的结构进行表征,在真空球-盘摩擦试验机上评价试验载荷、转速以及基底材料种类对薄膜真空摩擦磨损性能的影响.结果表明:MoS2-Ti复合薄膜表面致密均匀,断面为细柱状结构,呈MoS2(002)基面择优取向,薄膜中Ti含量为8 wt.%,S∶Mo原子比为1.8.在真空度优于5×10-3Pa、室温环境中,当试验载荷从5 N增加至20 N时,薄膜的摩擦系数和耐磨寿命都呈减小趋势,摩擦系数变化符合赫兹接触理论模型;当试验速度从250 r/min提高至1 000 r/min时,薄膜的摩擦系数逐渐减小,耐磨寿命变化量较小;不同基体材料上薄膜的摩擦系数平均值均为0.02,9Cr18、45#钢和40Cr基材上薄膜耐磨寿命区别不大,在20~25 km之间,磨损形式为磨粒磨损,30CrMnSi上薄膜耐磨寿命明显下降,只有10.3 km,磨损形式为黏着磨损,研究结果表明如果基底材料与摩擦对偶间发生黏着磨损,会明显降低其表面沉积薄膜的耐磨寿命.     

MoS2/WS2共溅射复合薄膜的微结构及其摩擦磨损性能研究

采用磁控溅射共溅射法制备MoS2/WS2复合润滑薄膜,利用X射线衍射仪、X射线能谱仪及透射电子显微镜对薄膜的成分和结构进行分析,采用UMT-2MT型微摩擦磨损试验机在大气(相对湿度45%～50%)和室温(20～25 ℃)环境下评价薄膜的摩擦磨损性能.结果表明,MoS2/WS2复合薄膜结构致密,具有较好抗氧化性,其耐磨寿命、摩擦稳定性和抗载荷能力比MoS2磁控溅射薄膜均有显著提高,而摩擦系数更低.     

添加TiN对MoS2基复合薄膜结构和性能的影响

通过磁控反应溅射方法制备MoSx-TiN复合薄膜,研究添加少量TiN对MoS2基薄膜结构和性能的影响。薄膜的结构和性能通过X射线光电子能谱仪（XPS）、X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）及UMT-2多功能微摩擦磨损试验机等进行了表征。结果表明：与纯MoS2薄膜相比,少量TiN的添加使得MoSx-TiN复合薄膜（002）晶面择优取向且结构致密。与纯MoS2和MoS2-Ti薄膜相比,MoSx-TiN复合薄膜在潮湿大气条件下具有更优异的摩擦磨损性能,更低的摩擦系数。     

原子氧对非平衡磁控溅射MoS2-Ti复合薄膜真空摩擦学性能的影响

对采用非平衡磁控溅射方法制备的柱状晶MoS₂-Ti复合薄膜开展了原子氧(AO)辐照试验. 原子氧的平均动能是5 eV,累计辐照通量6.0×1022 atoms/cm2. 原子氧造成薄膜表面出现“绒毯”状形貌,表层的MoS₂和内部的低价钛氧化物分别被氧化成硬质的MoO₃和TiO₂,但原子氧对距表层30 nm以下Mo的化学态没有影响. 薄膜的初始真空摩擦系数和磨损率分别由辐照前的大约0.018和4.49 × 10?17 m3/(N·m)升高至0.03 和5.5×10?17 m3/(N·m),磨损机制也发生了由黏着磨损向磨粒磨损的转变.      

偏压及测试环境对新型MoS2-Ti复合膜摩擦学性能的影响

采用新型高功率脉冲复合磁控溅射技术制备MoS2-Ti复合膜,并研究基体偏压和测试环境对复合膜摩擦学性能的影响.结果表明:制备的MoS2-Ti复合膜表面呈现颗粒状结构,Ti在薄膜表层与O反应形成氧化物有效抑制MoS2的氧化.随着基体负偏压从OV增大到-400 V,复合膜的S/Mo原子比逐渐减小.在-300 V偏压下,颗粒堆积最为紧密,薄膜硬度和弹性模量达到最大值,分别为9.7和137.1GPa,并具有最低的平均摩擦系数值(0.04)和磨损率[(10-7mm3/(N·m)].多种测试环境下的摩擦研究显示:在室温大气环境下复合膜的摩擦学性能与其结构的致密性紧密相关,而在N2以及不同湿度环境下薄膜表现出的优异摩擦学性能则归因于在摩擦过程中有效形成的转移膜贡献.     

射频非平衡磁控溅射WS_2薄膜的结构及其摩擦学性能研究

采用射频非平衡磁控溅射技术制备了具有不同(002)择优取向程度的WS2薄膜,研究了Ar流量对薄膜成分、微观结构、力学性能和摩擦学性能的影响.研究表明:随Ar流量的增大,WS2薄膜的S/W原子比和(002)衍射峰强度均表现出先降低后升高的变化趋势,而硬度和弹性模量表现出先升高后降低的变化趋势.在大气环境下,WS2薄膜的(002)择优取向程度、S/W原子比以及硬度对薄膜的摩擦学性能均具有显著影响,当S/W原子比较低、(002)择优取向度弱、硬度较高时,薄膜脆性较大,易于发生润滑失效;当S/W原子比、(002)择优取向度和硬度均较高时,薄膜结构致密,且摩擦过程中在对偶表面易于形成有效的转移膜,薄膜表现出较好的减摩、抗黏着特性和优异的抗磨性能.     

中频磁控溅射沉积含铝类金刚石碳膜结构及其摩擦磨损性能研究

采用中频磁控溅射技术在单晶硅表面制备含铝类金刚石(Al-DLC)薄膜,利用原子力显微镜、X射线光电子能谱仪、红外光谱仪、纳米压痕仪和微摩擦磨损试验机等考察薄膜表面形貌、结构及其摩擦磨损性能.结果表明:所制备的Al-DLC薄膜均匀、致密,表面粗糙度小,应力较低,硬度较高;薄膜与Si3N4陶瓷球对摩时显示出良好抗磨减摩性能;加基底偏压所制备薄膜的摩擦系数明显降低, 耐磨寿命显著提高.     

硅表面电沉积MoS2薄膜及其微观摩擦性能研究

以单晶硅片为基片,采用电化学沉积工艺通过阴极还原硫代钼酸根制备MoS2薄膜,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、俄歇电子能谱仪以及原子力显微镜表征薄膜结构,并研究其微观摩擦磨损性能.结果表明:所制备的薄膜为纳米/亚微米厚度,表面光滑致密,结构为非晶态,由钼、硫和氧元素构成;微米厚度的薄膜表面粗糙度增加,薄膜易开裂,结合性差;沉积MoS2薄膜的硅表面的最小摩擦力约为原始硅表面的1/2;沉积MoS2可以使硅表面的粘着能减少50%左右,从而使其微观摩擦力降低.     

磁控溅射和脉冲直流化学气相沉积Ti-Si-N薄膜摩擦磨损性能对比研究

分别利用磁控溅射和脉冲直流化学气相沉积(PCVD)技术制备了Ti-Si-N薄膜，测定了2种Ti-Si-N薄膜的显微硬度，并采用球一盘式高温摩擦磨损试验机对比考察了其高温摩擦磨损性能．结果表明，当薄膜中Si含量(原子分数)约为10％时，2种薄膜的显微硬度达到最大值；2种Ti-Si-N薄膜的耐磨性能同其硬度之间不存在对应关系，其中采用PCVD方法制备的Ti-Si-N薄膜的高温抗磨性能较优；2种薄膜在高温下的摩擦系数均有所降低，这归因子高温下氧化膜的润滑作用。     

MoS2基复合薄膜制备及其结构与摩擦学性能研究

利用多靶磁控溅射法制备MoS_2基系列复合薄膜,通过扫描电子显微镜、X-ray衍射、拉曼光谱对薄膜微观形貌及晶体结构进行表征,利用纳米压入表征薄膜硬度及弹性模量,通过微动摩擦磨损试验对比分析了该系列薄膜在大气环境下的润滑性能.研究结果表明:MoS_2薄膜中复合C、Ti元素可有效抑制薄膜生长过程中柱状结构的形成,薄膜更为致密;复合薄膜的摩擦系数及磨损率显著降低.其中,MoS_2+C+Ti三元复合薄膜硬度为7.43 GPa,其弹性模量及弹性恢复量分别为98.1 GPa和61.7%.在大气环境(RH 35%~50%)下,法向载荷10 N时MoS_2+C+Ti薄膜具有最低的磨损率4.67×10–17 m~3/(N·m),该薄膜在不同载荷的微动摩擦试验中均具有最好的承载力.     

MoS2-Zr复合涂层形貌、结构及摩擦磨损性能研究

采用中频磁控溅射和多弧离子镀相结合的工艺在硬质合金YT15刀片表面制备了MoS2-Zr复合涂层,考察了其形貌、结构和摩擦磨损性能,分析了复合涂层的减摩机理.结果表明,与纯MoS2涂层相比,MoS2-Zr复合涂层的硬度和与基体之间的结合力获得显著提高(纯MoS2涂层的硬度约为4.0 GPa,与基体之间的结合力约为49 N;MdS2-Zr复合涂层的硬度约为10.7 GPa,与基体之间的结合力约为55 N).与45#钢的对摩试验结果表明,MoS2-Zr复合涂层的摩擦系数和磨损率均小于纯MoS2涂层的摩擦系数和磨损率.MoS2-Zr复合涂层与对摩材料之间所形成的转移润滑膜是影响摩擦过程中的摩擦系数的关键因素之一.由于摩擦副间转移膜的存在,涂层和对摩材料的摩擦转变为涂层和转移膜之间的摩擦,从而降低了摩擦系数,提高了材料的耐磨损性能.     

聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在油介质中的摩擦学性能

为了探讨聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在油介质中的摩擦学性能及其作用机理,采用MHK-500型摩擦磨损试验机对聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在4种油介质(RP-3煤油、SG 15W-40机油、0＃柴油和液体石蜡)中的摩擦磨损性能进行了评价,并对其机理进行了初步的探讨.结果表明：与干摩擦相比,涂层在此4种油介质中的摩擦学性能均得到显著提高,其中涂层在柴油介质中的抗磨性能的提高最为突出;同种油介质中,涂层在高速(2.56 m/s)、低载(1 120 N)下的耐磨性明显优于低速(1.54 m/s)、高载(2 120 N)下的耐磨性;在低速(1.54 m/s)、高载(2 120 N)下的煤油介质中,涂层表面的物理状态在摩擦过程中的变化最终导致涂层摩擦系数的起伏和较大的磨损率.     

聚四氟蜡和二硫化钼填充凯夫拉纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究凯夫拉(Kevlar)纤维织物材料及聚四氟蜡(PFW)和MoS2填充Kevlar纤维织物复合材料的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌.结果表明,PFW和MoS2均可以改善Kevlar纤维织物材料的摩擦磨损性能,其中PFW的改善效果尤为显著.当PFW质量分数为20%时,Kevlar纤维织物复合材料的摩擦系数减小75%、磨损率降低82%,Kevlar纤维织物复合材料的减摩抗磨性能最佳.     

基体偏压对磁控溅射类石墨镀层摩擦磨损性能的影响

利用4靶非平衡磁控溅射离子镀技术在Si（100）和W6Mo5Cr4V2高速钢基体上沉积类石墨镀层,研究了基体偏压与类石墨镀层的显微硬度、摩擦系数、比磨损率的关系,采用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析了基体偏压对镀层的表面、断面形貌及微观结构的影响.结果表明：随着基体偏压值的增大,镀层的沉积速率下降,显微硬度和结合强度先增后降,摩擦系数和比磨损率则先降后升.不同偏压对应了不同的显微结构,当基体偏压为-65 V左右,镀层具有良好的力学性能和减摩耐磨性能,对应镀层表面光滑、结构致密,断面呈细纤维结构,镀层由C、Cr和CrCx纳米晶粒组成非晶结构.     

激光镍包纳米Al2O3增强复合涂层的摩擦磨损性能研究

采用大功率CO2激光器在45#钢基体上制备激光熔覆镍包纳米Al2O3复合涂层,采用金相显微镜观察涂层表面形貌,在销-盘式摩擦磨损试验机上评价复合涂层与45#碳钢配副的摩擦磨损性能.结果表明:经激光熔覆处理制备的镍包纳米Al2O3复合涂层的耐磨性能显著提高,磨损质量损失降低38%,摩擦系数降低40%;复合涂层中纳米Al2O3的配比对其耐磨性影响显著,高配比涂层具有较好的耐磨性,而摩擦系数与Al2O3配比的关系不大.     

非平衡磁控溅射沉积类石墨膜及其摩擦磨损性能研究

利用全封闭非平衡磁控溅射技术制备了高硬度类石墨膜，对不同工艺所制备的薄膜进行了微观分析，测定了薄膜的厚度、膜基结合强度和硬度，并考察了薄膜的摩擦学性能和腐蚀性能．结果表明：采用全封闭非平衡磁控溅射方法制备的以sp^2杂化为主的类石墨膜具有高硬度、低摩擦系数和良好的抗磨及抗腐蚀性能；摩擦系数随载荷的增大而减小，而磨损率同硬度呈反比关系；加入适量Cr可软化薄膜，提高膜基结合强度，从而优化薄膜的性能．     

聚酰亚胺/二硫化钼插层复合材料的制备及其摩擦磨损性能研究

用插层法制备了聚酰亚胺/二硫化钼插层复合材料(PI/MoS2),采用X射线衍射仪、红外光谱仪以及扫描电子显微镜等对材料的结构进行表征,采用四球长磨摩擦磨损试验机考察了聚酰亚胺/二硫化钼插层复合材料作为润滑脂添加剂的摩擦磨损行为.结果表明,所合成的PI/MoS2插层复合材料作为锂基脂添加剂对钢-钢摩擦副表现出良好的减摩抗磨作用.这主要是由于在摩擦过程中钢球表面形成了由FeSO4、MoO3及Fe的氧化物等组成的边界润滑及防护薄膜所致.