非平衡磁控溅射沉积MoS2-Ti复合薄膜结构与磨擦摩损性能研究

采用非平衡磁控溅射法制备出不同Ti含量的MoS2-Ti复合薄膜并对其结构进行表征,采用显微硬度仪测量MoS2-Ti复合薄膜的显微硬度,在球-盘摩擦磨损试验机上评价其在大气中的摩擦磨损性能.结果表明:不同Ti含量的MoS2-Ti复合薄膜呈岛状生长模式,断面呈致密细柱状,结晶状态均为无定形态;薄膜的显微硬度随Ti含量增加而升高;MoS2-Ti复合薄膜在大气中的摩擦磨损性能优于MoS2薄膜,掺杂适当Ti可以使MoS2-Ti复合薄膜的摩擦曲线波动减小,耐磨寿命提高,在本试验研究范围内,含30%Ti复合薄膜的耐磨寿命最长,当Ti掺杂量达到50%时MoS2-Ti复合薄膜失去润滑性能.     

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.     

Ni包MoS2添加剂对镍基涂层的摩擦磨损性能影响

以Ni包MoS2为润滑剂,Ni60粉末为基体,利用超音速火焰喷涂技术制备镍基固体涂层,研究了Ni包MoS2对Ni60涂层和Ni60/MoS2涂层的显微组织、力学性能以其摩擦磨损性能的影响,并探讨载荷对Ni60/MoS2涂层摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察涂层的磨损表面形貌并分析其磨损机制.结果表明,Ni包MoS2的加入可以降低Ni60涂层的结合强度和显微硬度,使其摩擦系数和磨损率明显降低;Ni60/MoS2涂层的摩擦系数与载荷无关,其磨损率随载荷增加而增大;Ni60涂层的磨损机制主要为疲劳磨损和黏着磨损,Ni包MoS2的加入减少了Ni60/MoS2涂层的黏着磨损.     

钛硅多元掺杂类金刚石薄膜在不同气氛环境下的摩擦学性能研究

采用中频磁控溅射技术在单晶硅表面制备了钛硅多元掺杂的含氢类金刚石薄膜. 在球-盘摩擦试验机上考察了不同气氛环境对薄膜摩擦学性能的影响. 利用扫描电子显微电镜和拉曼光谱分析了磨损表面形貌和转移层结构, 探讨了薄膜的摩擦磨损机理. 结果表明:薄膜在真空和氮气环境下摩擦系数较小、磨损率低,表现为磨粒磨损;在氧气和高湿度大气环境下摩擦系数较大、磨损率高,表现为黏着磨损;在低湿度空气环境下薄膜摩擦系数最低,表现为磨粒磨损和黏着磨损混合磨损机理;转移层发生摩擦诱导石墨化和聚乙炔链C=C键双氢化两种摩擦化学过程.     

a-C：H膜的高真空磨损失效机制研究——应力的影响

采用中频非平衡磁控溅射法沉积了含氢无定形碳(ａ-C:H)薄膜,利用球-盘摩擦试验机考察了不同载荷下薄膜在高真空中(5.0×10^-3 Pa)的摩擦磨损行为,通过对磨损表面的分析以及相关的验证实验,探讨了应力(接触应力、薄膜内应力)对薄膜在高真空中摩擦磨损行为的影响.结果表明:在高真空中,随着载荷的增加,薄膜的摩擦系数逐渐降低,而耐磨寿命却急剧缩短;在高真空高接触应力下,无论是摩擦还是静压,薄膜表面均出现了明显的应力释放花样.因此可以认为,薄膜在高真空中的磨损失效与其在高接触应力下的内应力释放有密切关系.     

SiCH油/TiN薄膜复合体系的摩擦学性能研究

本文中采用多弧离子镀TiN薄膜对钢基体进行表面改性与SiCH润滑油相结合的方式,研究了SiCH油/TiN薄膜复合体系的真空摩擦学性能,并分析了该复合润滑体系的摩擦磨损机理.研究表明:在SiCH油/TiN薄膜复合体系中,摩擦副对偶双方表面均采用TiN薄膜进行改性后,由于TiN薄膜具有良好的稳定性和耐磨性,与SiCH润滑油构成的复合润滑体系在长寿命摩擦试验中表现出良好的减摩抗磨性能,平均摩擦系数约0.07,在经过1.8×10~6r的摩擦试验后,尽管SiCH油中形成了微量的多甲基基团的硅碳化合物Si-[R-(CH_3)_3]_3并未影响其良好的润滑性能,表明SiCH油/TiN薄膜复合体系耐磨寿命高达1.8×10~6r以上.     

MoS_2 基共溅射薄膜摩擦学性能的研究

在球－盘滑动摩擦试验机上考察了法向载荷、盘转速、基体材料和环境气压及潮湿贮存时间对ＭｏＳ２基共溅射薄膜的摩擦因数和耐磨寿命的影响．结果表明：在给定的试验条件下，法向载荷增大时薄膜的稳态摩擦因数有所减小，而耐磨寿命明显缩短；几种不同金属基体对其表面薄膜摩擦因数的影响基本一致，但对耐磨寿命的影响差别较大；盘转速加快使摩擦因数和摩擦因数波动幅值都减小；环境气压降低（特别在真空中）时薄膜的摩擦因数降低，摩擦稳定性提高，耐磨寿命延长；在潮湿大气中贮存后，薄膜的摩擦因数和耐磨寿命均无明显变化．     

硅表面自组装双层膜制备及其摩擦磨损性能研究

采用自组装方法在羟基化硅基底表面制备硬脂酸/环氧硅烷双层膜,采用接触角测定仪、椭圆偏光仪、红外光谱仪、原子力显微镜、扫描电子显微镜和UMT-2MT型摩擦磨损试验机评价薄膜结构及其摩擦磨损特性.结果表明:自组装双层膜对水的接触角为96°,膜厚2.8 nm,双层膜中烷基链呈现较好有序性,在1 μm×1 μm扫描面积内表面均方根粗糙度(RMS)为0.227 nm.自组装硬脂酸/环氧硅烷双层膜能够有效降低基底的摩擦系数,摩擦系数稳定在0.12左右,同时表现出优异承载抗磨性能,在载荷0.5 N、1 N和2 N下,耐磨寿命分别为14 200 s以上、7 500 s和1 800 s.     

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.     

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.     

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。     

含二硫化钼、石墨和三氧化二锑的水性环氧树脂粘结固体润滑涂层的摩擦磨损性能

以水作为分散介质,制备了含MoS2、石墨和Sb2O3等组分的水性环氧树脂粘结固体润滑涂层;其具有价格低廉、无毒、不燃等优点,并且不含挥发性有机化合物（VOC）,是一类具有很好发展前景的环保型固体润滑涂层。采用MFT-R 4000型往复摩擦磨损试验机考察了所制备的水性环氧树脂粘结固体润滑涂层的摩擦磨损性能;利用扫描电镜和X射线光电子能谱仪分析了涂层磨损表面和转移膜的形貌,以及涂层磨损表面典型元素的化学状态,进而探讨了其润滑失效机理。结果表明：所制备的水性环氧树脂粘结固体润滑涂层具有良好的减摩抗磨性能;Sb2O3与MoS2之间,以及石墨与MoS2之间具有一定的协同减摩抗磨作用。相应的协同减摩抗磨作用分别源于机械相互作用以及水蒸气吸附导致的石墨层间吸引力减弱;而涂层发生润滑失效的主要原因为疲劳磨损和微断裂。     

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.     

MoS2—二十二酸共混LB膜的摩擦特性研究

本文考察了负荷和滑动速度及膜的单分子层数对ＭｏＳ２－二十二酸共混Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｂｌｏｄｇｅｔｔ膜之摩擦特性的影响。结果表明，随着滑动速度的增大，摩擦系数呈上升趋势；随着负荷的增大，摩擦系数呈下降趋势；膜的单分子层数对其摩擦特性之影响尚无规律可行。电子探针和Ｘ射线衍射分析表明，ＭｏＳ２是以片状形式存在于膜中，而且是沿着（００２）晶面择优取向。     

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.     

MoO3-ZnO/镍基复合涂层制备及其摩擦学性能研究

利用等离子喷涂工艺制备了含氧化物(MoO₃-ZnO)的镍基复合涂层,通过UMT-3球盘式高温摩擦试验机评价了复合涂层在室温、400和800 ℃下的摩擦学性能,并采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)以及拉曼光谱仪(Raman)等分析手段研究了涂层微观组织、物相组成以及磨损机理. 结果表明:在室温和400 ℃,复合涂层的摩擦系数和磨损率均高于Ni-5%Al金属基底,且随着氧化物含量的增加,润滑和耐磨性能均被削弱,主要表现为磨粒磨损和黏着磨损. 在800 ℃,MoO₃和ZnO的添加可以有效改善复合涂层的摩擦性能,随着其含量的增加,摩擦系数变化不明显,而磨损率逐渐增加. 特别是添加5%MoO₃和5%ZnO的复合涂层在800 ℃摩擦系数低至0.28,磨损率低至4.22×10?5 mm3/(N·m),其良好的高温润滑耐磨性能得益于摩擦表面二元氧化物(NiO、MoO₃和ZnO)和三元氧化物(ZnMoO₄和NiMoO₄)的协同作用.      

溅射二硫化钼膜在不同润滑条件下的摩擦学性能分析

通过MoS2膜/钢、钢/钢摩擦副分别在干摩擦、油和脂润滑条件下的球-盘式摩擦学试验,对比分析了润滑条件、载荷、滑动速度对MoS2膜摩擦系数的影响.利用原子力显微镜(AFM)对膜层磨损形貌进行表征,研究润滑条件对膜层磨损寿命的影响.结果表明:在4122仪表油和FAG脂润滑下,MoS2膜在零速启动、中低速情况下的动、静摩擦系数均比MoS2干膜和钢/钢摩擦副的要低;固-液复合润滑时的MoS2膜的耐磨性均比干膜摩擦时有所降低,MoS2干膜的磨损率约为8.1×10-7mm3/(N.m),在油和脂润滑时其磨损率分别约为2.4×10-5mm3/(N.m)和5.5×10-6mm3/(N.m).     

火焰喷涂聚酰胺12/纳米SiO2涂层的摩擦磨损性能

采用火焰喷涂法制备了聚酰胺12/纳米SiO2(PA12/n-SiO2)涂层.利用红外光谱仪(FTIR)和X-射线衍射仪(XRD)对涂层的结构进行了分析;利用摩擦磨损试验机及扫描电子显微镜表征了涂层的摩擦磨损性能及磨损表面形貌.结果表明:火焰喷涂法适宜制备PA12/n-SiO2涂层;PA12/n-SiO2粉末在火焰喷涂过程中没有发生氧化或降解反应;n-SiO2含量为1.5wt%的涂层在100 N、100 r/min、60 min的干摩擦条件下,其摩擦系数为0.52,磨损量为1.5 mg,跑合期为25 min左右,而纯涂层在相同摩擦条件下摩擦系数、磨损量、跑合期分别为0.59、3.5 mg和35 min,跑合期较纯涂层短,显示复合涂层具有较好的耐磨性能,分析认为涂层的磨损机理主要为疲劳磨损、塑性变形和黏着磨损.     

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.