固体润滑剂WS2对铝合金微弧氧化陶瓷膜摩擦学性能的影响

目的改善微弧氧化陶瓷膜层的摩擦学性能。方法采用微弧氧化技术和抛磨技术相结合的方法在ZL109合金表面制备微弧氧化陶瓷和固体润滑剂复合膜层。利用粗糙度仪检测试样表面粗糙度,并在球盘往复式摩擦磨损试验机下检测复合膜层的摩擦学性能。使用扫描电镜(SEM)分析试验前后试样表面微观形貌及对磨钢球磨斑形貌,并利用能谱分析仪(EDS)对试样膜层化学成分进行分析。结果在抛磨纳米WS2粉体过程中,WS2可有效填充陶瓷膜疏松层上的放电微孔以及经抛光的陶瓷膜层表面残留的微孔缺陷,并极大地降低试样表面粗糙度,进而影响实验前期的摩擦系数及抗粘着时间。试样MAO-W比试样MAO粗糙度降低约34.2%,摩擦系数降低79.2%,抗粘着时间增加900%。试样P-MAO-W比试样P-MAO粗糙度降低约41.3%,摩擦系数降低93.6%,抗粘着时间增加233%。另外,制备的试样可以有效减轻对磨钢球的磨损,并且试样的磨痕宽度及对磨钢球的磨斑直径变化规律与摩擦过程中的摩擦系数变化及粗糙度变化趋势相吻合。结论在铝合金微弧氧化陶瓷膜层表面抛磨纳米WS2自润滑粉体可有效降低摩擦,延长抗粘着时间并减轻对磨件的磨损。

WS2/Zr复合涂层的制备及性能研究

采用射频磁控溅射和直流磁控溅射两种不同的溅射工艺分别制备WS2涂层、金属靶材Zr,在YT15硬质合金基体上制备WS2/Zr复合涂层。借助扫描电子显微镜分析WS2/Zr复合涂层表面及断面的微观形貌,利用能谱仪(EDS)对复合涂层的成分及各沉积粒子的含量进行检测,通过X射线衍射仪(XRD)观测复合涂层的晶体结构生长的情况,并测试涂层的厚度、显微硬度及涂层与基体之间的结合力等,来探究WS2靶材溅射功率的变化对制备涂层性能的影响。结果表明:WS2靶材的溅射功率控制在90 W时,所制备的WS2/Zr复合涂层结构最为致密且晶体呈细化趋势,晶粒结构的生长体现为典型的WS2晶体择优生长取向,此时所制备涂层的厚度、显微硬度、涂层与基体结合力分别约为4.8μm、HV630、67 N。

沉积压力对磁控溅射La-Ti/WS2复合薄膜结构和摩擦学性能的影响

目的研究不同沉积压力对磁控溅射La-Ti/WS_2复合薄膜微观结构及摩擦学性能的影响。方法采用非平衡射频磁控溅射法制备WS_2薄膜和La-Ti/WS_2复合薄膜。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对薄膜微观形貌、成分和晶向结构进行表征。用纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和白光干涉三维形貌仪测试薄膜的力学性能和摩擦磨损性能。结果掺杂La和Ti可以改善WS_2复合薄膜的微观结构。在给定的沉积压力下,La-Ti/WS_2复合薄膜均呈岛状生长模式,组织均匀,且排列较为紧凑,结构致密性好。随着沉积压力的增大,WS_2(002)衍射峰向高θ值偏移,晶面间距减小,晶格发生收缩。复合薄膜的硬度和弹性模量随着沉积压力的增大,先增大后减小。沉积压力为1.2 Pa时,La-Ti/WS_2复合薄膜的摩擦系数低至0.07左右,磨损率低至2.45×10^(–8) mm^3/(N·m)。结论沉积压力对La-Ti/WS_2复合薄膜的性能有较大影响,合适的沉积压力可以提升La-Ti/WS_2复合薄膜的摩擦磨损性能。

Ti／Ni过渡层对WS2薄膜摩擦学性能影响

采用射频溅射法,通过预先制备Ti和Ni 2种过渡层的工艺在3Cr13马氏体不锈钢基片上制备了硫化钨薄膜,通过与无过渡层的射频溅射WS2薄膜对比,研究了2种过渡层对薄膜性能的影响.3种样品的物相分析,表面形貌观察,微区化学成分测定,膜基结合力和薄膜摩擦系数测试等结果表明,Ti过渡层对硫化钨薄膜结构和S/W原子比没有明显的影响,对膜层的摩擦系数影响也不大,但薄膜耐磨性有所提高.而Ni过渡层虽对S/W原子比无明显影响,但却明显地提高薄膜Ⅱ型织构(基面取向)的强度,从而降低了薄膜的摩擦系数,提高了薄膜耐磨性.

水基纳米WS2等温模锻润滑剂的制备与应用

为了制备出适于等温模锻的水基纳米WS2润滑剂,从润湿性、稳定性和润滑性能方面进行系列组分配比实验,并将制备的水基纳米WS2润滑剂应用于7085铝合金的等温模锻试验。研究结果表明:水基纳米WS2润滑剂各组分的最佳质量分数为8.0%PAO6+2.0%复合表面活性剂+9.0%纳米WS2+81.0%水,其中复合表面活性剂为Span-80,Tween-80和OP-10按43:43:14的质量比复配而成;在等温模锻试验中,水基纳米WS2润滑剂在高温模具表面成膜致密,颗粒分布均匀,模锻时所需锻压力较低,脱模时所需脱模力较低,且无黏模、飞边和裂纹现象,综合应用效果优于水基石墨润滑剂和油基石墨润滑剂。

溶胶凝胶法制备WS2-SiO2可饱和吸收体的探究

WS2二维材料独特的光吸收体特性使其成为可饱和吸收体的优选材料。溶胶凝胶法具有操作方便、设备简单、成本低廉等优点。利用溶胶凝胶法在石英基片上制备SiO_2材料为主体的WS2-SiO_2薄膜是一种实现可饱和吸收体的新思路。本文通过改变实验过程中原料配比、热处理条件、旋涂速度等实验参数确定出溶胶凝胶法制备SiO_2薄膜的最佳条件,在此基础上再加入WS2溶液制备出WS2-SiO_2薄膜可饱和吸收体,通过共聚焦显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱、X射线衍射等方法对制备的样品进行了测试分析,结果表明采用本文提出的制作方法可以得到外观良好的WS2-SiO_2薄膜可饱和吸收体、WS2在SiO_2薄膜中呈多层的多晶颗粒,晶面指数主要为(002)、(004)、(101)、(103)、(006)、(105)。

二维WS2薄膜的制备及光电特性

以硫化钨(WS2)水溶液为原料、氩气为携载气体、利用化学气相沉积(CVD)法在硅衬底上制备了二维WS2薄膜,并研究了其形貌、晶体结构、光吸收特性及光电特性等。发现利用该方法生长的WS2薄膜非常光滑均匀,并具有良好的结晶性。另外,发现WS2薄膜不仅在466 nm处有很强的蓝光发射,还在617和725 nm处有显著的红光发射,前者可能是由于量子尺寸效应引起的分立能级的发光,后者则分别对应WS2单层和多层的本征发射。最后,研究了WS2/Si异质结的光电效应和温度效应,发现随照射光功率或温度的增加,异质结的电流显著增大,说明WS2/Si异质结对光照和温度非常敏感,可用于制备太阳电池和光探测器等新型光电子器件。

化学共沉积Ni-P-（IF-WS2）复合镀层的制备及其摩擦磨损性能

用化学共沉积技术制备了Ni-P-(IF-WS2)复合镀层，利用销一盘式磨损试验机在干摩擦、滑动速度0．0623m／s、接触载荷20～160N条件下评价了Ni-P-(IF-WS2)复合镀层的摩擦磨损性能。研究结果表明Ni-P-(IF-WS2)复合镀层比Ni-P镀层具有更高的耐磨性能和更低的摩擦系数。分析了无机类富勒烯纳米材料改善镀层摩擦学性能的机理。

WS2花形纳米晶的制备和表征

采用溶胶-凝胶法,将钨酸钠水溶液经阳离子交换树脂获得的三氧化钨溶胶与硫粉混合。在高压反应釜中于650℃加热2 h。采用扫描电镜(SEM)和粉末X射线衍射(XRD)等手段对所制备的样品进行检测分析,对纳米花晶体的制备、影响因素进行初步探讨。结果证实所得灰黑色产物是花形二硫化钨纳米颗粒,组成花的片状单晶长宽约为几十个纳米,厚度约5 nm。

WS2纳米材料的摩擦学性能研究

在MS-800A四球摩擦磨损实验机上考察了热分解法制备的WS2纳米材料作为润滑油添加剂的摩擦学特性，采用EDS分析磨痕表面元素的化学状态，用扫描电子显微镜观察磨痕表面形貌，通过对钢球磨斑直径、PB值的变化分析了WS2纳米材料的形貌、添加剂含量对润滑油摩擦性能的影响。

无卷边单分子层WS2纳米片原子结构的高分辨电子显微术研究

本文利用高分辨电子显微术(HRTEM)确定了无卷边的单分子层WS_2纳米片的原子结构像。通过对样品不同区域HRTEM像进行傅里叶变换(FFT)分析,得到了各个区域的WS_2纳米片的晶体取向,确定了WS_2纳米片分子层数分布。根据电子显微像强度与样品层数的线性关系以及WS_2纳米片的单分子层数分布模型,确定不同区域WS_2纳米片的分子层数。为了进一步定量分析结果的正确性,通过模拟电子显微像在不同碳膜厚度及不同成像条件下WS_2纳米片的HRTEM像,也确定了在像衬度上与实验像很好的匹配。

沉积压力对磁控溅射WS2薄膜摩擦学性能的影响

目的研究不同沉积压力对磁控溅射WS2薄膜微观结构、力学性能和摩擦学性能的影响。方法采用射频磁控溅射法制备WS2薄膜。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对薄膜微观形貌、成分和晶相结构进行表征。用纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和白光干涉三维形貌仪测试薄膜的力学性能和摩擦磨损性能。结果随着沉积压力增大,WS2薄膜疏松多孔结构明显降低,粗大柱状晶显著细化,薄膜致密度得到有效改善。沉积压力大于0.8Pa时,WS2薄膜表现出明显的(101)晶面择优取向。WS2薄膜硬度变化与薄膜中S/W原子比变化趋势相反,弹性模量逐渐减小。沉积压力0.4 Pa时,由于WS2薄膜大部分易滑移(002)晶面平行于基体表面,摩擦系数最低,为0.092,但其耐磨性能最差。沉积压为1.6 Pa时,WS2薄膜的磨损率最低,为2.34×10^-7 mm^3/(N·m),表现出良好的耐磨性能。结论改变沉积压力可以显著提高WS2薄膜致密度,改善薄膜的力学性能,提升WS2薄膜的摩擦磨损性能。

2-苯基环己硫醇在γ-Al2O3和SiO2负载的WS2催化剂上的脱硫反应

合成了2-苯基环己硫醇(2-PCHT);通过等体积浸渍法制备了分别以γ-Al2O3和SiO2作载体的WS2催化剂,采用X射线衍射(XRD)、N2物理吸附和透射电镜(TEM)技术对催化剂进行表征。在临氢和非临氢(Ar)条件下研究了2-PCHT在WS2/Al2O3和WS2/SiO2催化剂上的脱硫反应。结果表明:在240℃和5.0 MPa H2条件下,2-PCHT在WS2催化剂上主要通过β消除、氢解和脱氢3条平行路径脱硫,其中β消除和氢解并重,β消除反应速率快于氢解;非临氢条件下,主要通过β消除、C-S键均裂(或氢解)及脱氢3条平行路径脱硫,并以β消除为主;哌啶对β消除路径的抑制作用最大、对脱氢路径作用次之,但对氢解几乎没有影响,并促进了C-S键均裂;WS2/Al2O3的反应活性优于WS2/SiO2,可能与其活性组分的分散度较高有关;临氢条件下,2-PCHT的反应动力学可以用假一级模型描述;但其在非临氢条件下则不能用简单的幂函数拟合,可能归因于环烷基C-S键断裂机制的复杂性。

WS2纳米颗粒的合成及摩擦学性能研究

将自制的WO3纳米颗粒前驱体与S粉混合,在自制的反应装置氢气氛中,于550￣750℃下煅烧得到二硫化钨纳米颗粒,反应中用H2代替H2S以减少对周围环境的污染。该合成路线简单且产物纯度高。用XRD、SEM、TEM和HRTEM对二硫化钨纳米结构进行了表征和分析,并将WS2纳米颗粒作为添加剂添加到N40基础油中,在MS-T3000摩擦磨损仪测试其摩擦学性能。结果显示:制备的二硫化钨颗粒平均粒径在50nm以内,其形状为球形或类球形。WS2纳米颗粒作为普通润滑油的纳米级固体添加剂表现出了较优异的摩擦学性能。

铜-石墨-WS2-碳纳米管复合材料的滑动电磨损机制

滑动电接触材料的功能是在设备的固定部件和运动部件之间传递电流,其在运行过程中受到机械载荷和电载荷的共同作用。铜-石墨复合材料因其优异的机械强度、良好的导电导热性能以及自润滑特性,常被用来制备电刷、受电弓滑板等滑动电接触元件。然而随着各类电机的高速高载化,传统铜-石墨复合材料已越来越无法满足需求。文章通过粉末冶金热压法在铜-石墨复合材料中掺杂WS2及碳纳米管制备铜-石墨-WS2-碳纳米管(Cu-G-WS2-CNTs)复合材料,在通电条件下对其滑动摩擦磨损性能进行研究并分析其滑动电磨损机制。结果表明:滑动电磨损过程中Cu-G-WS2-CNTs复合材料的摩擦系数和磨损率均低于铜-石墨复合材料,是由于石墨、WS2及碳纳米管三者间的协同润滑作用所致;电磨损表面形貌显示Cu-G-WS2-CNTs复合材料的滑动电磨损机制主要有磨粒磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损以及氧化磨损。

润滑相粒度对Ag-WS2复合材料摩擦磨损行为的影响

采用放电等离子烧结技术制备WS2粒度分别为80 nm,600 nm和6μm的Ag-WS2固体润滑复合材料,研究WS2粒度对复合材料摩擦磨损行为的影响,并对Ag-WS2复合材料磨损表面微观形貌进行分析。研究结果表明:随着WS2粒度由6μm降低至80 nm,Ag-WS2复合材料的摩擦因数从0.21降低到0.09,磨损率由4.68×10^−5 mm3/(N·m)降低到3.35×10^−5 mm^3/(N·m),Ag-WS2复合材料磨损机制由磨粒磨损和疲劳磨损共同作用转变为轻微的磨粒磨损;WS2粒度显著影响界面润滑膜的形成,粒度越小的WS2越容易填充到磨损表面的沟槽或微凸体的间隙结构中,有助于形成连续、平整的润滑膜,从而显著降低Ag-WS2复合材料的摩擦因数和磨损率。

WS2/MoS2异质结的制备与光电特性

主要研究了硫化钨(WS2)/硫化钼(MoS2)薄膜异质结的制备及其光电特性。首先以WS2粉末为原料,采用化学气相沉积(CVD)法在Si衬底上沉积WS2薄膜,然后以MoS2粉末为原料在WS2薄膜表面沉积MoS2薄膜形成WS2/MoS2异质结。利用原子力显微镜(AFM)观察发现制备的WS2和MoS2薄膜大面积均匀,表面分布密集的纳米粒子,高度分别约为0.8 nm和50 nm。WS2/MoS2异质结对可见光有良好的吸收特性,并随光功率的增加,流过异质结的光电流也显著增加。另外,还发现WS2/MoS2异质结在温度和工作频率改变时I-V曲线也出现明显变化。随温度升高,流过异质结的电流显著增加,而随工作频率的增加,异质结的电容迅速减小。以上研究结果表明,WS2/MoS2异质结容易受到光照强度、温度和工作频率的影响,使其可用于制备高效率的太阳电池、光探测器和温度传感器等光电子器件,在光电子领域具有广阔的应用前景。

两种分散剂对IF-WS2纳米粒子分散性能和摩擦性能的影响

研究甲基萘和聚异丁烯丁二酰亚胺(PIBSI)两种分散剂对IF-WS 2纳米颗粒在基础油中的分散性能和摩擦性能的影响。使用722型分光光度计和四球摩擦试验机分别考察纳米WS 2润滑油在分散剂中的分散稳定性和摩擦性能,用激光粒度分析仪和红外光谱(FTIR)分析分散剂与WS 2纳米颗粒之间的作用机制。结果表明:甲基萘的分散效果和抗磨减摩效果最好,4%甲基萘分散的0.01%的纳米WS 2润滑油可以长期稳定保存,其纳米WS 2润滑油在490 N时的磨斑直径仅为0.540 mm,摩擦因数为0.11;甲基萘能够起到分散和抗磨减摩作用的原因是其对IF-WS 2纳米粒子具有一定的溶解作用。

氩气流量对非平衡磁控溅射Ti/WS2复合薄膜结构和摩擦学性能的影响

采用非平衡磁控溅射技术制备Ti/WS2复合薄膜。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机分别对复合薄膜的微观形貌、成分、硬度以及摩擦磨损性能进行测试,研究氩气流量对Ti/WS2复合薄膜微观形貌和摩擦学性能的影响。结果表明:随着氩气流量增加,Ti/WS2复合薄膜的疏松结构明显改善,薄膜致密度得到了提高,且Ti/WS2复合薄膜的(002)晶面择优取向增强;随着氩气流量的增加,Ti/WS2复合薄膜的摩擦因数呈现逐渐降低趋势,磨损率逐渐减小,且磨损机制由明显的磨粒磨损特征转变为轻微的磨粒磨损特征,呈现出较好的耐磨性。

WS2/MgAl-LDH复合材料的制备及其光催化性能研究

采用两步水热法制备了WS2/MgAl-LDH(水滑石)复合材料,通过X-射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X-射线光电子能谱仪等测试分析,表明在MgAl-LDH层间原位合成了WS2纳米粒子。将该复合材料作为催化剂来降解150 mg/L,pH值为3的甲基橙溶液,其结果是:在模拟可见光条件下辐照75 min,该甲基橙溶液的降解率超过80%,且循环性能优异。由此表明,WS2/MgAl-LDH复合材料是一种极具应用潜力的光催化剂。