沉积压力对非平衡磁控溅射沉积MoS2-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5.7～3.5 GPa,薄膜与基底间附着力变化范围是100～75 mN;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9 000,21 500,28 000,18 000 m ,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MoS2-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。     

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.     

MoS2-Zr复合薄膜的结构及摩擦特性研究

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.观察了MoS2-Zr复合薄膜表面及截面形貌,测试薄膜的厚度、结合力和显微硬度,进行摩擦磨损试验,并分析薄膜的摩擦磨损机理.结果表明,制备的MoS2-Zr复合薄膜结构致密,性能明显优于MoS2薄膜;厚度由2.0μm提高到2.5μm,结合力由28N提高到60N,显微硬度由280HV提高到900HV.MoS2-Zr复合薄膜的摩擦特性明显优于MoS2薄膜.MoS2薄膜磨损初始阶段摩擦因数只有0.06,在磨程15m后摩擦因数升到0.4.而MoS2-Zr复合薄膜的摩擦因数磨损初始阶段可达0.08,直到磨程60m摩擦因数达到0.4.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,提高薄膜的摩擦特性,延长薄膜的减摩润滑时间.     

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/WS_2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/WS_2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/WS_2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/WS_2复合薄膜的(002)晶面择优取向增强;随着氩气流量的增加,Ti/WS_2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。     

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。     

不同应用环境下MoS2基薄膜摩擦学性能研究进展

综述近30年来MoS_2薄膜的摩擦学研究进展,以及MoS_2作为极具代表性的固体润滑薄膜在航空航天等领域的广泛应用;分别从大气、真空、潮湿和高温等条件下简述MoS_2薄膜应用的优缺点及解决策略,并结合代表性的工作对具体问题展开论述;指出随着制备方法和技术的突破,MoS_2薄膜易氧化、不耐潮湿的问题得到有效解决,通过掺杂、织构化和纳米化等手段不仅发展出了大气环境下具有超滑性能的MoS_2薄膜,而且提高了其在450℃下的抗氧化性能;提出MoS_2薄膜的主要研究课题和方向为:进一步发展新型MoS_2基薄膜,以满足不同工况环境下的需求;进一步揭示高温、高湿度环境下MoS_2基薄膜润滑失效机制和延寿机制。     

Ag掺杂对TiO2纳米薄膜结构及摩擦学性能的影响

采用溶胶凝胶法在普通载玻片上制备了TiO2和Ag/TiO2纳米结构薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、X光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)及UMT-2摩擦试验机,考察了Ag掺杂量对薄膜组成结构、表面形貌及摩擦学性能的影响。实验结果表明,Ag掺杂量对TiO2薄膜表面形貌和减摩抗磨性能产生重要影响,低掺杂时Ag自润滑性能对薄膜摩擦性能的增强作用占主导,而高掺杂时其对薄膜的影响主要表现为恶化表面,从而导致摩擦性能下降。本研究测试条件下,掺杂量为5.0%(摩尔分数)时具有最佳的耐磨寿命和最低的摩擦因数。     

射频磁控溅射法制备二硫化钼薄膜

用射频磁控溅射法在GCr15钢表面制得了MoS2薄膜。通过扫描电镜、摩擦磨损以及划痕试验仪研究了工艺参数对薄膜形貌和性能的影响。结果表明:采用射频溅射法,在功率200W、工作气压3Pa、时间2h条件下制备的MoS2薄膜性能最佳;沉积过程中沉积原子从衬底表面获得足够的扩散能量时薄膜按层状模式生长,扩散能量不足时薄膜按层岛复合模式生长;MoS2薄膜摩擦因数低,具有优良的摩擦学特性。     

磁控溅射MoS2薄膜的生长特性研究

利用非平衡磁控溅射技术制备出二硫化钼薄膜,并通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究了工作气压和沉积时间对薄膜表面形貌和结构的影响及其演化规律。实验结果表明,在小于0.40 Pa的气压下,沉积MoS2薄膜的（002）面平行于基体表面,而在高于0.60Pa的高气压下,膜层的（002）面垂直于基体表面.在沉积初期,无论工作气压的高低,薄膜均按（002）基面的方式生长;在沉积后期,低气压下形成的薄膜仍按（002）基面方式生长,而在高气压下薄膜将转向以（002）基面与（100）或（110）棱面联合的方式生长。薄膜的表面形貌、微观结构,与薄膜的生长速率和沉积粒子的能量有关。     

真空退火对磁控溅射CuS-MoS2涂层润滑性能的影响

为提高MoS2润滑涂层承载力和抗湿性能,使用磁控溅射技术制备CuS掺杂MoS2复合涂层,并对制备涂层进行220、320和420℃真空退火处理,以发挥CuS与MoS2协同润滑作用。采用场发射扫描电子显微镜、激光拉曼光谱分析涂层结构,通过洛氏硬度压痕试验、摩擦磨损试验和纳米压痕试验对涂层性能进行分析。实验结果表明:随CuS靶溅射功率提高,涂层中出现颗粒长大和CuS结晶化趋势,且CuS掺杂抑制了MoS 2形核长大,涂层膜-基结合力有所下降;真空退火处理后CuS-MoS2复合涂层表面发生分解,厚度明显降低,MoS2(002)相形核长大,摩擦学性能得到提升;320℃退火处理后涂层在常温和RH70%大气环境下获得最低平均摩擦因数0.08,纳米硬度达到5.64 GPa,并具有较好的耐磨损性能。研究认为由于CuS受热分解导致复合涂层结构和成分变化,生成了有利于发挥CuS与MoS2协同润滑效应的微晶相,使得涂层润滑性能得到明显提升。     

磁控溅射MoS2/Ni复合膜的制备及其摩擦性能

采用磁控溅射法制备了MoS2/Ni复合膜,同时对影响膜层性能的工艺参数进行了初步探讨,并对复合膜进行了成分与结构分析以及摩擦试验.结果表明:在本试验工艺参数(本底真空度为7.0×10-4 Pa,沉积气压为0.5 Pa,溅射功率为160 W,溅射氩气流量为80 cm3/s,靶基距为60 mm,基片温度为70℃)下制备的MoS2/Ni复合膜能够大大降低不锈钢等基底表面的摩擦因数,并且在高速重载的条件下具有更低的摩擦因数和更小的摩擦因数波动值.     

304不锈钢表面Cr-N涂层耐腐蚀性能分析

基于动态电位极化腐蚀测试结果,在通入H2和O2的环境中,腐蚀电阻大小分别是C r2N304不锈钢裸片和304不锈钢裸片C r2N。静态电位极化腐蚀测试显示在模拟阳极条件中,304不锈钢(C r2N涂层)展现了比304不锈钢裸片低的极化电流密度,但是随着时间增长,电流密度变高了,因为腐蚀已经在微孔洞区域开始了。在模拟阴极环境中,由于在微孔洞区域的不锈钢基底已经发生钝化,因此提供了高的腐蚀保护,在涂层中的微孔洞的负面影响变小了。     

二硫化钼填充高岭土基矿物聚合物复合材料的摩擦学性能研究

研究了MoS2填充量对高岭土基矿物聚合物复合材料的力学性能和摩擦磨损性能的影响,利用XRD、SEM分析了材料的微观结构和磨损表面形貌。结果表明,填充MoS2后矿物聚合物材料的力学性能会有一定程度的降低,但其摩擦磨损性能可以得到有效改善,当MoS2体积分数为30%时,摩擦因数和磨损率均达到最低,分别为0.423和1.23×10-4mm3/(N.m)。研究发现,当二硫化钼含量较低时,磨损机制主要是磨粒磨损;当二硫化钼含量较高时,磨损机制是磨粒磨损和粘着磨损。