【摘 要】
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层状结构的MoS、WS具有较低的摩擦系数和较好的耐磨性,常作为固体润滑剂应用于空间技术领域.但纯MoS、WS薄膜在潮湿和富氧气氛中的摩擦学性能较差,为进一步改善其摩擦学性能,本文利用高能球磨层状WS2和Ag混合粉末,制成不同Ag含量的WS/Ag复合靶,然后用射频溅射方法制备WS/Ag复合薄膜,研究Ag含量和溅射气压对WS/Ag复合薄膜的微观组织结构和摩擦磨损性能的影响.并探索采用硫化处理Mo/Ti
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层状结构的MoS<,2>、WS<,2>具有较低的摩擦系数和较好的耐磨性,常作为固体润滑剂应用于空间技术领域.但纯MoS<,2>、WS<,2>薄膜在潮湿和富氧气氛中的摩擦学性能较差,为进一步改善其摩擦学性能,本文利用高能球磨层状WS2和Ag混合粉末,制成不同Ag含量的WS<,2>/Ag复合靶,然后用射频溅射方法制备WS<,2>/Ag复合薄膜,研究Ag含量和溅射气压对WS<,2>/Ag复合薄膜的微观组织结构和摩擦磨损性能的影响.并探索采用硫化处理Mo/Ti金属前驱体膜制备Mo硫化物/Ti复合薄膜的新方法,讨论了不同Ti含量的前驱体、硫化温度及硫化时间对Mo硫化物/Ti复合薄膜组织结构和摩擦学性能的影响,确定了较好的硫化工艺参数. 采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析观察了薄膜的结构、形貌和化学成分,用涂层附着力自动划痕仪(WS-2003)、可控气氛球.盘式微型摩擦磨损试验仪(WTM-1E)分别测试薄膜与基体的结合力、摩擦系数,并用扫描电镜观测薄膜磨损形貌,分析了其摩擦磨损机理. 实验结果表明,射频溅射WS<,2>/Ag及纯WS<,2>薄膜均为非晶态结构;与纯WS2薄膜相比,WS<,2>/Ag复合薄膜具有更好的致密度、界面结合力,较低的摩擦系数及更好的耐磨性能,其中含5.05 at.﹪Ag的WS<,2>/Ag复合薄膜具有最低的摩擦系数和最高的耐磨性能,说明软金属Ag可以提高薄膜与基体的结合力,降低薄膜的环境敏感性;同时,溅射气压升高,薄膜致密度降低,界面结合强度降低,并能导致薄膜呈柱状方式生长,S/W原子比上升. 对硫化法制备的Mo硫化物/Ti薄膜研究发现,前驱体、硫化温度和硫化时间是影响其组织结构及摩擦学性能的重要因素.本文在400～500℃范围内对金属前驱体膜进行了1～20 h的硫化处理,测试结果表明,450℃是最佳的硫化温度,当硫化温度一定时,随着硫化时间的加长,S与前驱体反应愈加充分,Mo硫化物生成量逐渐增多,并且结晶性好.当硫化时间增加至15 h后,薄膜结构最为致密,具有较好的结合力,摩擦系数最低,耐磨性能最好.在相同硫化条件下,由Ti含量为16.95 at﹪的Mo/Ti前驱体制备的Mo硫化物/Ti复合薄膜具有最低的摩擦系数,说明适量的Ti可以改善其摩擦性能.从而确定Mo/Ti膜较合理的硫化工艺参数为:450℃保温15 h.
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