WS2／MoS2／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Axio CSM 700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.     

预沉积ZnO薄膜对ZnO−MoS2/ZnO复合涂层结构与性能影响

目的 通过优化原子层沉积工艺获取不同厚度ZnO薄膜,研究ZnO薄膜晶体取向对ZnO?MoS2涂层生长结构的影响,获得具有优异摩擦学性能的ZnO?MoS2/ZnO复合涂层。方法 采用原子层沉积法在不锈钢基体上预沉积不同厚度的ZnO薄膜,再用射频磁控溅射技术继续沉积ZnO?MoS2涂层,制备ZnO?MoS2/ZnO固体润滑复合涂层。结果 X射线衍射分析发现,预沉积ZnO薄膜有诱导后续ZnO?MoS2涂层沉积生长的作用,预沉积100 nm厚ZnO薄膜的ZnO?MoS2/ZnO复合涂层显示出宽化的MoS2 (002)馒头峰,其截面形貌显示为致密的体型结构,获得的摩擦因数最低(0.08),纳米硬度最高(2.33 GPa),硬度/模量比显示该复合涂层的耐磨损性能得到提升;X射线光电子能谱分析结果表明,复合涂层表面游离S与空气中水发生反应程度大约为原子数分数5%,显示复合涂层耐湿性能较好;基于原子层沉积ZnO薄膜生长及其对后续ZnO?MoS2涂层生长的影响分析,提出了ZnO?MoS2/ZnO复合涂层磨损模型,阐明了ZnO薄膜对复合涂层结构及摩擦学性能的影响,并以该模型解释了200 nm厚 ZnO薄膜上沉积ZnO?MoS2涂层出现的摩擦因数由高到低的变化趋势及最终磨损失效现象。结论 合适的原子层沉积制备的ZnO薄膜有利于MoS2 (002)取向生长,可有效提升ZnO?MoS2/ZnO复合涂层的摩擦学性能;控制ZnO薄膜厚度,可实现ZnO薄膜与基底及ZnO?MoS2层间界面之间的优化结合,以制得具有较好摩擦学性能及使用寿命的ZnO?MoS2/ZnO复合涂层。     

磁控溅射NiCrAlY/MoS2复合薄膜结构与性能研究

目的 通过离子源复合磁控溅射技术,制备宽温域耐磨减摩性能良好的NiCrAlY/MoS2复合薄膜.方法 采用离子源复合磁控溅射技术制备了NiCrAlY/MoS2复合薄膜,研究不同MoS2掺杂量对薄膜结构、力学性能和不同温度氧化热处理后摩擦学性能的影响.采用能谱仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对薄膜元素含量、组织结构和相结构进行分析.通过显微硬度计、洛氏硬度计、球-盘式摩擦磨损试验机、3D轮廓仪及高温氧化试验,对复合薄膜硬度、膜/基结合力、摩擦磨损性能和抗氧化性能进行分析.结果 NiCrAlY及NiCrAlY/MoS2复合薄膜以柱状晶结构生长,物相结构主要由Ni3Al、Ni-Cr和MoS2组成.随着MoS2含量的增加,薄膜柱状晶尺寸增加,致密度下降,薄膜硬度从503HV逐渐降到336HV.复合膜具有良好的膜/基结合力,结合力达到HF1级水平.掺杂MoS2可以明显提高复合薄膜的摩擦学性能,当MoS2掺杂量达到48.1％～69.8％时,NiCrAlY/MoS2复合薄膜在室温下具有良好的耐磨减摩性能,其摩擦因数降低至0.038～0.09,磨损率比NiCrAlY薄膜降低1个数量级以上,达到2.14×10–6 mm3/(N·m).对NiCrAlY和NiCrAlY-48.1％MoS2复合薄膜进行400℃和500℃高温氧化试验,复合薄膜氧化形成NiO、Al2O3、MoO3相,经过氧化后复合薄膜仍具有良好的耐磨性能,400℃氧化后复合薄膜磨损率降至1.41×10–6 mm3/(N·m).结论 MoS2掺杂量对NiCrAlY/MoS2复合薄膜结构和性能有重要影响,当MoS2原子数分数为48.1％时,复合薄膜在常温以及高温氧化后均具有良好的耐磨减摩性能.     

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。     

TiB2掺杂WS2复合薄膜的宽温域摩擦学性能研究

目的 探究TiB2溅射电流(即TiB2含量)对WS2/TiB2复合薄膜在宽温域(25~500 ℃)下摩擦学性能的影响。方法 采用非平衡磁控溅射技术制备WS2/TiB2复合薄膜。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)观察薄膜的形貌及结构;通过X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)表征薄膜结构;通过纳米压痕仪(Anton Paar,NHT²)评价薄膜的机械性能;利用高温球盘摩擦磨损试验机(THT01,03591)测试薄膜的摩擦学性能;采用光学显微镜(Olympus,STM6)、三维轮廓仪(Micro XAM–800)观察磨痕及磨斑形貌,通过HRTEM分析磨痕和磨斑的结构。结果 TiB2掺杂使WS2薄膜由高度结晶态向非晶态转变,增大了薄膜的致密度并提高了其机械性能。随着TiB2溅射电流的增大,复合薄膜的摩擦因数和磨损率呈先下降后上升的趋势。随着试验温度的升高,复合薄膜的摩擦因数先降低后升高,但磨损率一直逐渐升高。TiB2溅射电流为1.5 A时,制备的复合薄膜在宽温域(25~500 ℃)具有较低的摩擦因数和磨损率。300 ℃条件下,TiB2溅射电流为1.5 A时制备的复合薄膜在摩擦剪切力作用下重新定向形成了TiB2(101)晶体取向和平行于滑动方向的WS2(002)晶体取向,并在高环境温度和摩擦热作用下氧化形成了润滑相TiO2(001)晶体结构。结论 TiB2溅射电流为1.5 A时制备的复合薄膜具有优异的宽温域摩擦学性能。薄膜致密的非晶结构、高的硬度和弹性模量,以及在摩擦剪切力和高温氧化作用下重新结晶取向是低摩擦磨损的关键。     

MoS2/Pb-Ti多层薄膜的结构和摩擦学性能

目的 设计MoS2/Pb-Ti多层薄膜,改善真空和大气环境下的摩擦学性能。方法 采用磁控溅射技术沉积MoS2/Pb-Ti多层薄膜,通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射(XRD)、纳米压痕仪、真空和大气摩擦磨损实验,分别评价MoS2/Pb-Ti多层薄膜的表面形貌、微观结构、力学性能、真空和大气环境下的摩擦学性能,并通过光学显微镜、能谱仪（EDS）、Raman光谱仪对磨痕及磨斑进行分析。结果 随着MoS2层厚度的增加,MoS2/Pb-Ti多层薄膜的表面颗粒逐渐细化,变得更加光滑。同时,微观结构由金属相主导转变为由MoS2相主导,弹性模量逐渐降低,硬度则先升高后降低。在真空环境下,MoS2/Pb-Ti多层薄膜的摩擦系数低至0.01,磨损率低至2.2×10?7 mm3/(N?m),大气环境下摩擦系数低至0.07左右,磨损率低至2.7×10?7 mm3/(N?m)。 结论 在真空摩擦磨损实验中,MoS2层厚度过薄时,MoS2/Pb-Ti多层薄膜的磨损机制为粘着磨损,MoS2层厚度增加有助于形成稳定的转移膜,使得摩擦磨损大幅降低。在大气摩擦磨损实验中,Ti保护MoS2的结构免于H2O和O2的破坏,使体系具有低而稳定的摩擦磨损。     

超低摩擦WS_2/W-DLC固体润滑薄膜的制备与性能

利用离子束辅助沉积技术和低温离子渗硫技术制备了二硫化钨/钨掺杂类金刚石(WS2/W-DLC)复合薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)、透射电子显微镜(TEM)、纳米硬度仪(Nano-indenter)和多功能摩擦磨损试验机(UMT)考察了薄膜的微观结构与摩擦学性能。结果表明:制备的薄膜在大气环境下表现出优异的力学性能和超低摩擦的性能,该复合薄膜中,硬质强化相纳米碳化物WC1-x和软质润滑相过渡族金属硫化物WS2、Fe S均匀镶嵌于类金刚石基体内形成复合结构,复合结构是薄膜表现出优异性能的主要原因。     

溅射功率对La-Ti/WS2 复合薄膜高温摩擦学行为的影响

高温条件下WS₂易于氧化生成WO3,导致WS₂固体润滑薄膜的摩擦学性能受到较大影响。为改善WS₂固体润滑薄膜在高温条件下的摩擦学性能,采用非平衡磁控溅射技术制备了共掺杂La-Ti/WS₂复合薄膜,研究了靶功率对磁控溅射La-Ti/WS₂复合薄膜结构和高温摩擦学性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了薄膜微观形貌、成分、力学性能、微观结构。利用高温摩擦磨损试验机研究了复合薄膜的高温摩擦学性能。结果表明,高温环境下,靶功率为20W时La-Ti/WS₂复合薄膜表现出优异的摩擦学性能。此时,复合薄膜H/E值最大,摩擦系数最小,平均为0.012,磨损率最低为1.56×10^-8mm³/N·m,这主要归因于高温下摩擦界面产生的稀土氧化物,促使La-Ti/WS₂复合薄膜的摩擦磨损机制发生了改变,使得WS₂在高温受破坏的情...     

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。     

MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层的制备和摩擦学行为研究

目的 采用两步法在铝合金表面制备MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层,并考察其摩擦磨损行为特点。方法 通过微弧氧化(MAO)技术和原位水热法在7075铝合金表面构筑MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和Raman光谱对膜层的微观形貌和组成进行表征。利用摩擦试验机测试试样的摩擦性能,并通过三维轮廓仪分析磨痕形貌。结果 MAO膜层主要由Al2O3构成,含有少量SiO2,表面为典型的多孔结构,存在大量微孔,粗糙度较大。MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层中的MoS2颗粒较均匀地填充在MAO微孔中,并覆盖在凹陷内,使得表面平整光滑而致密。摩擦测试结果表明,MAO涂层能够提高基体的承载能力,但其摩擦因数较大,波动较大。MoS2膜层为MAO提供了良好的润滑改性作用,使其摩擦因数减小。结论 MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层能够显著提高基体的摩擦磨损性能。在低载荷下,MAO硬质涂层起着很好的承载作用,MoS2颗粒层起着润滑减磨作用,使摩擦因数始终较低且平稳;在高载荷下,MAO层表面的微凸体在应力作用下破碎,硬质磨粒和MoS2颗粒分布在磨损面,部分被挤出磨痕区,导致摩擦因数不断增大。     

MoS2／Ti复合膜的制备和性能

为了克服MoS2薄膜在大气环境下极易氧化失效且耐磨性能差的缺点，采用非平衡直流磁控溅射技术制备了MoS2／Ti复合膜，研究了Ti靶电流对复合膜结构和性能的影响。电子探针（EPMA）测定表明，膜中Ti的含量随着Ti靶电流的增加而增加。场发射扫描电子显微镜（FE．SEM）对膜的表面和截面形貌观察发现，膜的表面由尺寸为几十～几百纳米的颗粒组成，而膜的截面呈柱状晶结构。膜的致密性和Ti靶电流有关，电流越高，膜的致密性越好，从而膜的硬度也越高。     

磁控溅射MoS2-Ni复合膜的结构与性能研究

目的提高MoS_2薄膜在大气环境下的摩擦学性能。方法采用离子源复合磁控溅射技术制备了Mo S2-Ni复合膜,通过改变Ni靶功率获得不同Ni掺杂量的复合膜,研究不同Ni掺杂量对复合膜结构及摩擦学性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、洛氏硬度计、球-盘式摩擦磨损试验机以及3D轮廓仪,对复合膜显微结构和性能进行研究。结果复合膜以柱状晶结构生长,增加Ni含量可以细化晶粒,使复合膜的结构更加致密。复合膜硬度在250~446HV之间,且随Ni含量的增加,复合膜的硬度提高。复合膜具有良好的膜/基结合力,结合力达到HF1级。MoS_2-Ni复合膜的摩擦系数在0.10~0.23之间,随Ni含量的增加,虽然复合膜的摩擦系数增加,但由于磨损过程形成稳定的转移膜粘着在对磨球表面,因而使得磨损率降低,耐磨寿命提高。结论 Ni掺杂可以提高复合膜的致密度、硬度以及结合力,增强复合膜的耐磨性能。     

无气喷涂MoS2/Cu/C复合涂层对海上管柱螺纹抗粘扣性能的影响

目的 采用无污染的无气喷涂表面处理工艺,制备MoS₂/Cu/C复合涂层,提高海上管柱螺纹抗粘扣性能。方法 在MoS₂/C涂层中掺杂纳米级Cu粉末,采用无气喷涂+高温固化+喷砂处理工艺,制备MoS₂/Cu/C复合涂层。通过显微组织、硬度测定和摩擦试验,分别评价MoS₂/Cu/C复合涂层的微观组织、显微硬度和摩擦系数,并通过扫描电子显微镜对MoS₂/Cu/C复合涂层进行形貌分析。最后,在实物试样上进行上卸扣试验,测试其抗粘扣性能。结果 无气喷涂+高温固化过程中,半熔融粉末经过多次叠加,沉积形成致密的结构,未见明显孔隙。对MoS₂/Cu/C复合涂层进行喷砂预处理,可明显提高涂层的均匀度,增加涂层的粘结强度。涂层与基体之间呈锯齿形紧密机械结合,喷砂无气喷涂前后,基体硬度未发生改变,未对金属基体造成不利影响。MoS₂/Cu/C复合涂层在螺纹表面结合形成光滑的保护膜,螺纹表面摩擦系数降低,上扣扭矩降低幅度为19%～23%。结论 在Mo S2/C涂...     

灰铸铁密封环失效分析及其非平衡磁控溅射MoS2 /CrAITiN双层膜研究

在对某重型车辆灰铸铁密封环进行失效分析的基础上,设计采用非平衡磁控溅射MoS2/CrAlTiN双层膜工艺对其进行了表面耐磨减摩处理,并采用XRD、扫描电镜(SEM)等方法测试了其组织结构与基本性能.同时,在MM-200型环-块式摩擦磨损试验机上考察了该双层膜与其45钢偶件对摩时的摩擦学性能.结果表明: 该双层膜组织主要为CrN、AlN、MoS2及少量的TiN,其显微硬度达1054.3HV0.5;MoS2/CrAlTiN双层膜与45钢对摩时摩擦因数比未经处理时明显降低,自身磨损重量及其偶件磨痕宽度均减少了约2/3.这说明在表层MoS2及次表层CrAlTiN的协同作用下,复合处理后的灰铸铁的耐磨减摩性能明显提高.这是因为表层MoS2具有优良的润滑减摩性能, 而次表层高硬度的CrAlTiN具有较高的抗磨性能,并可以为接触面提供一定的支撑,抵抗塑性变形.     

MoS2-Zr复合薄膜的摩擦学性能研究

目的改善MoS_2薄膜的疏松结构,提高其硬度及摩擦磨损性能。方法采用离子源辅助磁控溅射技术在GCr15基体上沉积不同Zr含量的MoS_2-Zr复合薄膜,通过SEM分析薄膜的表面及截面形貌。采用EDS检测薄膜的成分,采用显微维氏硬度计测试薄膜的硬度,采用Rockwell-C硬度计进行压痕测试实验,采用球-盘式旋转摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。结果 MoS_2-Zr复合薄膜的致密程度和硬度随着Zr含量的增加而增大,其硬度值为300~500HV。复合薄膜与基体的结合力随着Zr含量的增加而增强,但当Zr含量过高时,结合力下降。含Zr原子数分数为15%的MoS_2-Zr复合薄膜具有最好的摩擦学性能,其平均摩擦系数为0.09,磨损率为9.33×10~7 mm~3·N~(–1)·m~(–1),耐磨寿命达5.25×105 r。结论 Zr的掺杂改善了纯MoS_2薄膜的疏松结构,提高了MoS_2薄膜的硬度和结合力,合适的Zr掺杂可以获得较低的摩擦系数和较长的耐磨寿命。     

钛合金表面离子束增强沉积MoS2基膜层及其性能

将离子束增强沉积（IBED）技术与离子束溅射的沉积技术相结合,在钛合金表面制备了MoS2,MoS2-Ti复合膜。研究了膜层的形态、结构、膜基结合强度、硬度、摩擦学性能及抗微动（fretting）损伤性能。结果表明;所获膜层较纯溅射膜结合强度高、致密性好,复合膜中允许的金属元素含量大。通过恰当地控制复合膜中Ti的含量,可获得以（002）基面择优取向的MoS2-Ti复合膜,该膜层有较好的减摩和抗磨综合性能,能够显著地改善钛合金的常规磨损、微动摩员（FW)和微动疲劳（FF）性能,特别是在磨损严重的大位移整体滑条件下,MoS2-Ti复合膜对钛合金FF抗力的提高作用可大于喷丸形变强化处理。     

纳米Cu_2O/Ag/TiO_2三层复合薄膜的结构及性能

通过磁控溅射方法制备了一种新颖的纳米Cu2O/Ag/Ti O2三层复合薄膜。用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见分光光谱仪(Uv-vis)和荧光光谱仪(FLO)对薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性能及Ag金属中间层的存在对复合薄膜的影响进行了分析。此外,对薄膜光催化性能的研究表明,插入Ag层的纳米Cu2O/Ag/Ti O2三层复合薄膜显示出远高于Cu2O/Ti O2双层复合薄膜的可见光催化活性。催化性能的提高归因于Ag金属中间层的存在,提高了三层复合薄膜的可见光吸收强度,增加了表面积,促进了激发电子的转移及光生电子和空穴的分离。     

含MoS2的超音速喷涂WC-10Co-4Cr复合涂层摩擦性能研究

利用超音速火焰喷涂方法,以WC-10Co-4Cr为基体,添加MoS2以制备WC- 10Co-4Cr/MoS2自润滑复合涂层;对比分析了添加不同含量MoS2涂层的微观组织结构和物相;重点进行了摩擦磨损试验,研究润滑相MoS2对超音速喷涂WC涂层摩擦学特性的影响机理.研究结果表明:引入的MoS2一少部分转化成新态,其余则进入WC涂层空隙中,在摩擦过程中形成润滑膜起到润滑作用,并有效地降低了摩擦因数,使摩擦磨损过程中温升降低,有效减少热损伤,提高了涂层的耐磨性能;WC-10Co-4Cr/MoS2复合涂层具有很好的自润滑性,w(MoS2)15％时WC-10Co-4Cr/MoS2复合涂层的摩擦磨损性能最佳.