非平衡磁控溅射沉积MoS_2-Ti复合薄膜结构与摩擦磨损性能研究

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.

非平衡磁控溅射沉积MoS_2-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-Yi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MoS：（002）基面择优取向，薄膜中Ti含量为8wt．％，S：Mo原子比为1．8．在真空度优于5×10～Pa、室温环境中，当试验载荷从5N增加至20N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250r／min提高至1000r／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20～25km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10．3km，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．

沉积压力对非平衡磁控溅射沉积MoS_2-Ti复合薄膜的结构与性能影响研究

采用非平衡磁控溅射沉积技术制备MoS2-Ti复合薄膜,研究了沉积压力对薄膜的结构和性能的影响。利用XRF、轮廓仪和XRD分析测试薄膜的成分、厚度和晶相结构,用CSEM薄膜综合性能测试仪测试薄膜的硬度和与基底间的附着力,用球-盘摩擦试验机和真空环模系统评价薄膜的真空摩擦磨损性能。结果表明:降低沉积压力使溅射粒子的平均自由程变大,薄膜沉积过程中再溅射作用加强,对薄膜的结构和性能产生较大的影响。沉积压力升高,薄膜中S和Mo原子比和Ti质量分数随之增大,变化范围分别为1.50～1.77和5.8%～8.1%,薄膜沉积厚度先增大后减小,薄膜晶相结构从明显的(002)基面优势取向向准晶态转变;薄膜的硬度、与基底间的附着力都随沉积压力的升高而降低,薄膜硬度变化范围是5.7～3.5GPa,薄膜与基底间附着力变化范围是100～75mN;薄膜在真空环境中的减摩性能不受工作压力变化影响,摩擦因数平均值为0.02,波动范围为0.01～0.04,薄膜耐磨寿命随沉积压力升高依次为9000,21500,28000,18000m,工作压力低时再溅射作用破坏了MoS2分子层间的滑移能力从而使其耐磨寿命降低。

沉积温度对非平衡磁控溅射MoS_2-Ti复合薄膜的结构与性能影响研究

采用非平衡磁控溅射沉积技术制备MoS2-Ti复合薄膜,研究了沉积温度对薄膜的结构和性能的影响。利用SEM、XRF和XRD分析薄膜的形貌、成分和晶相结构,用CSEM薄膜综合性能测试仪测试薄膜的硬度和与基底间的附着力,用球-盘摩擦试验机和真空环模系统评价薄膜的真空摩擦磨损性能。结果表明:沉积温度升高薄膜中S和Mo原子比从1.72升高至1.76,Ti质量分数从8.2%降低至6.7%,薄膜从明显的(002)基面优势取向向多晶态转变,晶粒尺寸变大,棱面膜含量增多;薄膜的硬度、与基底间的附着力都随沉积温度的升高而降低,沉积温度为200℃时薄膜性能降低明显,硬度从4GPa降至2GPa,薄膜与基底间附着力从80mN以上降至35mN;薄膜在真空环境中的减摩作用不受沉积温度影响,摩擦因数平均值为0.02,波动范围为0.01～0.04,薄膜耐磨寿命随沉积温度升高而降低,50℃和100℃薄膜耐磨寿命相差不多,200℃薄膜样品耐磨寿命很差,是50℃和100℃薄膜样品的1/8～1/7。

工件台转速对非平衡磁控溅射沉积MoS_2-Ti复合薄膜的结构与性能影响

采用非平衡磁控溅射沉积技术制备MoS2-Ti复合薄膜,研究了工件台转速对薄膜的结构和性能的影响。利用XRF和XRD分析薄膜的成分和晶相结构,用CSEM薄膜综合性能测试仪测试薄膜的硬度和与基底间的附着力,用球-盘摩擦试验机和真空环模系统评价薄膜的真空摩擦磨损性能。结果表明:提高工件台转速改善了掺杂金属Ti在薄膜中的分布均匀性,起到了细化晶粒尺寸,使薄膜组织结构致密性加强的效果。工件台转速变化不影响薄膜成分,薄膜的晶相从明显的(002)基面优势取向向准晶态转变;薄膜的硬度、与基底间的附着力都随工件台转速的提高而增大;薄膜在真空环境中的减摩作用与工件台转速无关,摩擦因数平均值为0.02,波动范围为0.01～0.04,薄膜耐磨寿命随工件台转速提高而延长。

工件台偏压对非平衡磁控溅射沉积MoS_2-Ti薄膜的结构与性能影响

采用非平衡磁控溅射技术制备MoS2-Ti薄膜,研究工件台偏压对薄膜结构和性能的影响。利用XRF和XRD分析薄膜的成分和晶相结构,用CSM薄膜综合性能测试仪测试薄膜的厚度、硬度以及膜与基体的结合力,采用球-盘摩擦磨损试验机评价薄膜在真空环境下的摩擦学性能。结果表明:MoS2-Ti薄膜具有明显的(002)优势取向,薄膜中S、Mo原子比及膜厚随偏压的增加而减小,薄膜硬度及膜-基体附着力随偏压的增加而增大,薄膜在真空环境中的平均摩擦因数为0.02,受偏压影响不明显,薄膜寿命受偏压影响明显,当偏压在-100 V内变化时薄膜具有较长的寿命且随偏压的增加而增长,偏压继续增大薄膜耐磨寿命下降明显,当偏压为-200 V时薄膜不具备润滑性能。

MoS_(2)-Ti自润滑复合薄膜的高温摩擦学性能研究

目的探究Ti含量对MoS_(2)-Ti复合薄膜高温摩擦学性能的影响,制备高温摩擦性能良好的MoS_(2)-Ti复合薄膜。方法采用射频和直流双靶共溅射技术沉积了不同Ti含量的MoS_(2)-Ti复合薄膜,研究了Ti含量对MoS_(2)-Ti薄膜微观结构和力学性能的影响,进一步探究了MoS_(2)-Ti复合薄膜在大气环境下的高温摩擦学性能。采用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM),对薄膜的成分、晶相结构及微观形貌进行分析。利用显微维氏硬度计测试薄膜的力学性能,通过UMT-TriboLab摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。此外,采用SEM、拉曼光谱仪(Raman)和X射线光电子能谱仪(XPS),对薄膜的磨痕形貌及对偶球转移膜的成分进行分析。结果Ti掺杂促进了MoS_(2)薄膜以(002)晶面择优取向生长,且提高了薄膜的致密度,薄膜硬度从70HV提升到350HV。MoS_(2)-Ti复合薄膜在高温环境下的摩擦性能,随Ti含量的增加呈先上升后下降的趋势,其中Ti原子数分数为6.81%的MoS_(2)-Ti复合薄膜具有较低的摩擦因数和磨损率。通过对转移膜的成分进行分析,发现处于300℃高温环境下,Ti原子数分数为13.51%的MoS_(2)-Ti复合薄膜由于在摩擦过程中生成的氧化物较多,其耐磨性能开始下降。结论Ti含量对MoS_(2)-Ti复合薄膜的高温摩擦学性能有明显的影响,掺杂适量Ti能显著提高MoS_(2)薄膜在大气环境下的高温摩擦学性能。

MoS_2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.

MoS_2-Al复合薄膜高温摩擦学性能研究

目的提升MoS_2薄膜在高温环境下的润滑性能。方法应用非平衡磁控溅射技术共溅射MoS_2靶和Al靶沉积MoS_2-Al复合薄膜。通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压入仪和CSM牌高温摩擦磨损试验机,评价MoS_2-Al复合薄膜表面及断面形貌、微观结构、机械性能和高温环境下的摩擦学性能,并通过奥斯巴林显微镜观察磨痕及磨斑形貌。结果温度超过400℃时,Al含量(原子数分数)为18.3%的MoS_2-Al复合薄膜表现出了优异的高温润滑性能,摩擦初始阶段的摩擦系数保持在0.07左右,平均摩擦系数低至0.172,比纯MoS_2薄膜的摩擦系数降低了64%,摩擦曲线十分稳定。结论当薄膜中Al的添加量为18.3%时,Al的引入在不破坏MoS_2结构时起到了自身优先氧化的作用,从而保护了MoS_2结构不被破坏,使MoS_2-Al复合薄膜在高温环境下的润滑能力得到了显著提升。

磁控溅射沉积高承载、低摩擦MoS_2/Ti复合薄膜

采用磁控溅射技术制备了不同Ti含量的Mo S2/Ti复合薄膜,利用SEM、AFM、纳米压痕仪、XRD和CSM摩擦试验机分析了复合薄膜的结构、力学和摩擦学性能.结果表明:复合薄膜结构致密,表面光滑平整,且具有较高的硬度,Ti含量较低的Mo S2/Ti复合薄膜呈现以(002)基面为主的择优取向;在大气环境下,赫兹接触应力为2.5 GPa的摩擦工况下,Ti含量较低的Mo S2/Ti复合薄膜的摩擦系数低至0.02,磨损率低至10-17m3/(N·m)数量级,呈现出高承载、低摩擦、耐磨损的优异摩擦学性能.这是由于Ti的掺杂一方面提高了复合薄膜的力学和抗氧化性能,另一方面复合薄膜的(002)基面取向对其摩擦磨损性能发挥了重要作用.

MoS_2-Ti复合膜的结构及其抗氧化性能

利用非平衡磁控溅射仪在碳／碳复合材料表面制备了MoS2-Ti复合膜。采用XRD,Raman光谱、X射线光电子能谱仪对其结构进行了表征,并利用X射线光电子能谱仪对复合膜的抗氧化性能进行了研究。研究结果表明:所制备的MoS2-Ti复合膜为非晶态结构;MoS2-Ti复合膜具有良好的抗氧化性能,将其在蒸馏水中浸泡200 h后,Mo4+没有被氧化。

靶功率对射频磁控溅射制备MoS_2-Sb_2O_3复合薄膜结构和性能的影响

采用射频磁控溅射技术制备MoS2-Sb2O3复合薄膜,研究靶功率对薄膜性能和结构的影响。利用XRD、XRF分析薄膜的成分和结构,用CSM薄膜综合性能仪测试薄膜的硬度及附着力,通过承载力试验测试薄膜的承载性能,使用真空球-盘摩擦试验机测试真空和大气下薄膜的摩擦因数及耐磨寿命。结果表明:使用射频磁控溅射制备的MoS2-Sb2O3复合薄膜具有准非晶结构,其薄膜结构和成分受沉积时的靶功率影响;MoS2-Sb2O3复合薄膜在真空下具有比大气下更稳定的摩擦学性能,更长的耐磨寿命;提高溅射原子能量能有效地提高MoS2-Sb2O3复合薄膜的承载性能,减少薄膜的内应力,提高薄膜的附着力,提高薄膜的耐磨寿命。

MoS_2-Zr复合薄膜的摩擦磨损特性研究

采用中频磁控溅射技术及多弧离子镀相结合的复合镀膜工艺,在硬质合金YT14基体上制备了MoS2-Zr复合薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)观察了MoS2-Zr复合薄膜表面及截面形貌,利用多功能材料表面性能试验仪测试了薄膜的厚度、结合力,利用显微硬度计测试薄膜的显微硬度,在高速环块磨损试验机进行了摩擦磨损试验,并分析了薄膜的摩擦磨损机制。结果表明:制备的MoS2-Zr复合薄膜结构致密,薄膜的厚度、结合力、显微硬度等性能参数明显优于MoS2薄膜,摩擦磨损性能有较大改善。薄膜的摩擦磨损过程主要是薄膜的剥落和转移的过程,复合薄膜由于结合力和硬度的提高,能够延缓薄膜的剥落及转移,降低薄膜的磨损率,提高薄膜的摩擦磨损特性,延长薄膜的作用时间。

MoS_2/Zr复合薄膜的制备及性能研究

采用新型中频磁控溅射技术及多弧离子镀相结合的复合镀膜工艺,在硬质合金YT14基体上制备了MoS2/Zr复合薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)考察MoS2/Zr复合薄膜表面及截面的形貌,利用能谱分析(EDX)薄膜的成分组成。测试涂层的厚度、显微硬度及涂层与基体之间的结合力等性能参数。结果表明:制备的MoS2/Zr复合薄膜结构致密,结合力约为60N,厚度约为2.6μm,硬度约为HV800。

磁控溅射MoS_2/WS_2复合薄膜的工艺与摩擦学性能研究

采用MoS2/WS2复合靶材在不锈钢和硅基片上溅射MoS2/WS2纳米薄膜,通过多次实验,得到溅射MoS2/WS2薄膜的最佳工艺如下:溅射气压4.0Pa,靶基距为70mm,溅射功率为150W,溅射时间为3h。使用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HH-3000薄膜结合强度划痕试验仪,纳米压痕测试系统,UNT-3摩擦磨损试验机对薄膜进行机械性能和摩擦磨损性能分析,结果表明:在大气环境中,WS2/MoS2复合薄膜摩擦性能要优于纯MoS2薄膜。

WS_2/MoS_2/C复合薄膜的磨损性能研究

采用磁控溅射法,使用WS2/MoS2复合靶材,通过与乙炔气体反应溅射,制备WS2/MoS2/C复合薄膜,利用X射线衍射对薄膜的成分结构进行分析,采用MFT-4000材料表面性能试验仪在室温大气环境(相对湿度60%)下评价薄膜的摩擦磨损性能,使用AxioCSM700共聚焦显微镜观察WS2/MoS2/C复合薄膜磨损表面磨痕形貌,结果表明,WS2/MoS2/C复合薄膜结构致密,在潮湿大气中抗磨损性能比MoS2磁控溅射薄膜有显著提高,在30min往复摩擦后复合薄膜未发生磨屑脱落。

Ti或TiN的添加对MoS_2基复合薄膜耐磨性能的影响

为改进纯MoS2薄膜在大气环境下极易氧化失效且耐磨损性能较差的缺点,采用非平衡纳米复合等离子体镀膜技术合成了MoS2基薄膜,该薄膜由Ti或TiN与MoS2共沉积而成.采用扫描电子显微镜、干钻削和车削实验确定薄膜的结构、成份和机械性能.结果显示,在潮湿和超低温环境下,薄膜具有优异的耐磨寿命和抗氧化性.实验表明,改进后的MoS2基复合薄膜在机加和成型等领域中具有广泛的应用前景.

MoS_2/Zr复合薄膜的制备工艺研究

采用中频磁控溅射及多弧离子镀相结合的复合镀膜工艺,在硬质合金YT14基体上制备了MoS2/Zr复合薄膜.采用扫描电子显微镜(SEM)考察了复合薄膜表面及截面的形貌,利用能谱分析(EDX)薄膜的成分组成.研究了沉积温度、基体负偏压及Zr电流等沉积工艺参数对复合薄膜的结合力、显微硬度、厚度等性能的影响.结果表明:沉积工艺参数对MoS2/Zr复合薄膜的性能影响很大,合理选择沉积工艺参数能够明显提高和改善复合薄膜的性能,并分析了沉积参数对性能的影响机理.在本实验条件下,最佳沉积工艺参数为:沉积温度200℃,基体偏压180 V,Zr电流30 A,制备的MoS2/Zr复合薄膜结构致密,其结合力约为60 N,厚度约为2.4μm,显微硬度约为HV900.

MoS2/C复合薄膜多环境摩擦学行为的研究

目的考察不同摩擦环境(真空、PAO、不同对磨副和温度)对MoS2/C复合薄膜摩擦性能的影响,并探究其摩擦磨损机理。方法使用直流磁控溅射技术(DCMS)和高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)在高速钢和硅基底上沉积MoS2/C复合薄膜。利用多功能摩擦试验机表征薄膜在空气、PAO、不同温度条件下的摩擦学行为。利用真空摩擦试验机表征薄膜在真空及不同对磨副条件下的摩擦性能。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)及共聚焦激光拉曼光谱仪,分析摩擦测试后,薄膜和对磨副上的形貌、磨屑成分等。结果真空下,除氧化锆外,其他对磨副均使薄膜迅速失效。MoS2含量超过50%时,薄膜可以在真空中维持较低的摩擦系数,约为0.1。PAO环境下,边界润滑阶段摩擦系数为0.08,流体润滑阶段摩擦系数最高为0.1。随着温度从25℃升高至450℃,薄膜摩擦系数由0.09降低至0.026,450℃下,薄膜在700 s时失效。结论真空下,氧化锆和氧化铝作为对磨副可以降低MoS2/C复合薄膜的粘着性,且复合薄膜中MoS2含量超过50%,可以展示出更好的摩擦性能。PAO油润滑环境下,摩擦行为主要取决于PAO的性质。高温环境下,更高的石墨化程度与MoS2再结晶可以降低薄膜的摩擦系数。

载荷对MoS2/C复合薄膜摩擦学行为的影响

采用直流磁控溅射与高功率磁脉冲磁控溅射制备了以Ti为过渡层的MoS_2/C复合薄膜,并对其结构、组分、力学性能以及摩擦学行为进行了研究.摩擦测试结果表明:载荷增加时,摩擦系数与磨损率呈规律性降低趋势;通过赫兹接触模型对平均摩擦系数进行分析拟合,发现载荷的变化带来赫兹接触面积与接触压强的不同,导致了摩擦系数的变化;通过对摩擦产物的拉曼光谱分析发现不同载荷对非晶碳石墨化程度影响不明显;借助透射电子显微镜对转移膜的微结构进行分析,发现转移膜主要是排列有序且基面平行于滑移界面的MoS_2层,使其在较高载荷下仍具有低的剪切强度,因而获得低的摩擦系数.进一步采用同一磨球、磨痕体系从高载荷到低载荷变化的连续摩擦验证式试验,可以得出,MoS_2/C复合薄膜在所有高载荷条件下获得低摩擦系数,赫兹接触起着主导作用.