MoS2/Ti3C2Tx异质复合材料的制备及电化学性能研究

利用水热法合成了MoS2/Ti3C2Tx异质复合材料,采用SEM、XRD、XPS和电化学工作站对所制样品的形貌、结构、成分和电化学性能进行了表征。结果表明,当Ti3C2Tx引入量为30 mg时,所制MoS2/Ti3C2Tx异质复合电极具有最优的电化学性能和较好的循环稳定性,在1 A/g电流密度下的比电容达到262.54 F/g,且经10 000次循环后仍保持82.1%的初始比电容。

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。

反应溅射WS_2/MoS_2/C复合薄膜的摩擦磨损性能

为了扩展在潮湿条件下WS2/MoS2复合薄膜的应用,使用WS2/MoS2作靶材,在Ar/C2H2气氛中通过反应溅射法制备WS2/MoS2/C复合薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDX)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、MFT-4000材料表面性能试验仪表征薄膜的性能以便评价薄膜的微结构与摩擦性能的关系。结果表明:与纯MoS2薄膜相比,WS2/MoS2/C复合薄膜结构致密,硬度提高一个数量级;在潮湿的大气中复合薄膜的摩擦因数更低,抗磨损能力更强。

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。

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。

磁控反应溅射MoS_2/Ti/C复合薄膜的组织结构及摩擦磨损性能

为了提高MoS2薄膜在室温潮湿大气条件下的摩擦磨损性能,通过磁控反应溅射制备了MoS2/Ti/C复合薄膜。采用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)对薄膜的成分、相组成和形貌进行表征,采用纳米压痕仪测试薄膜的结合力、纳米压痕硬度,采用多功能微摩擦磨损试验机测试薄膜的摩擦系数,并采用真彩色高分辨率共聚焦显微镜观察薄膜的磨损形貌。结果表明:与MoS2薄膜相比,含非晶态Ti和C的MoS2/Ti/C复合薄膜的(002)滑移面平行于基体表面生长,不含(100)面,结构致密,与基体的结合力提高了7.05倍,纳米压痕硬度提高了7.11倍;在室温潮湿大气条件下,MoS2/Ti/C复合薄膜比MoS2薄膜具有更低的摩擦系数和更优异的耐磨性能,平均摩擦系数为0.103,磨损率为9.67×10-7mm3/(N.m)。

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.

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.

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.

溅射沉积WS_2/Ag纳米复合薄膜在不同环境中的摩擦磨损性能研究

利用直流磁控溅射方法在钛合金基底上制备W S2/Ag纳米复合薄膜,采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及能谱仪对复合薄膜的表面形貌和组织结构进行分析,用球-盘式摩擦磨损试验机对复合薄膜在真空和潮湿空气环境中的摩擦磨损性能进行研究.结果表明:溅射沉积制备的W S2/Ag复合薄膜为非晶态结构,弥散分布于W S2基体中的晶态纳米Ag相提高了薄膜与基底的界面结合强度;与纯W S2薄膜相比,W S2/Ag纳米复合薄膜虽然在不同环境中的摩擦系数有所增加,但其在潮湿空气中的耐磨性能(磨损寿命)具有较大幅度的提高,且摩擦状态更稳定.

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.

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．

MoS_2/SiCH固液复合润滑体系摩擦学性能研究

本文中通过考察MoS_2薄膜/SiCH固液复合润滑体系的真空摩擦学性能,探究了该复合润滑体系的摩擦磨损机理.研究表明射频溅射MoS_2薄膜表面所固有的柱状晶体结构具有明显的润滑油吸附功能,提高了MoS_2薄膜/SiCH固液复合润滑体系的真空摩擦学性能.球盘摩擦试验结果表明:当仅对钢盘表面沉积MoS_2薄膜时,该固液复合润滑体系的滑动摩擦寿命达到1.86×106 r,为采用SiCH油润滑时摩擦寿命的1.2倍,是MoS_2薄膜固体润滑状态的4倍,表现出了良好的协同润滑效应.

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。

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。

WS_2薄膜/空间液体润滑剂复合润滑体系的摩擦学性能研究

采用射频溅射技术制备了WS2薄膜,考察了WS2/全氟聚醚(815Z)和WS2/聚烯烃取代环戊烷(P201)两种固/液复合润滑体系的真空摩擦学性能.通过扫描电子显微镜(SEM)、三维表面轮廓仪对磨损表面的微观形貌进行了分析,采用X射线能量色散谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)分析了磨损表面元素的组成和化学状态.探讨了两种固/液复合润滑体系的摩擦磨损特性和失效机理.结果表明:WS2/815Z复合润滑体系中,二者相容性较差,摩擦系数较高、波动较大,且表现出较高的磨损率;WS2薄膜与P201的相容性较好,组成的复合润滑体系表现出较低且平稳的摩擦系数和较低的磨损率,具有良好的协同效应.

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。

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。