MoS2/C复合薄膜的摩擦学行为研究
Tribological Behavior of MoS2/C Composite Films
MoS2固体润滑薄膜因其易于剪切的层状结构而广泛应用于空间及真空领域.但是纯的MoS2极易被水蒸气和氧气侵蚀,而传统溅射方法制备的MoS2薄膜结构疏松多孔,使得这种侵蚀更加严重,因而限制了MoS2固体润滑薄膜的应用环境.为了解决MoS2固体润滑薄膜的抗氧化性和耐湿性,研究人员选择了其他元素与MoS2复合或者掺杂.一个相对成功的方法是MoS2与C的复合,这种方法一方面能够大幅度提升薄膜的致密性,另一方面能够利用非晶碳在潮湿环境下良好的润滑性能,最终获得环境适应性好的复合薄膜.本文采用直流磁控溅射复合高功率脉冲磁控溅射技术制备了以Ti为过渡层的MoS2/C复合薄膜,着重分析了复合薄膜在不同环境以及不同测试条件下的摩擦磨损行为及其机理.通过溅射MoS2和碳复合靶,制备了不同组分的复合薄膜,复合薄膜呈致密的非晶结构,即非晶MoS2弥散在非晶碳基体中.致密的结构使得薄膜具有优异的机械性能,当C含量为84.3at.%时,复合薄膜具有高达8.7GPa的硬度.不同环境下的测试结果表明:大气环境下碳含量较高的薄膜具备更优异的摩擦学性能,通过对磨损界面与摩擦产物的分析,发现非晶碳的石墨化与非晶MoS2的有序化以及转移膜释放非晶碳等机理协同作用,导致了MoS2/C低摩擦磨损行为;真空环境下,因为非晶碳的粘附作用导致MoS2含量较高的复合薄膜具有更低的摩擦系数;油环境下复合薄膜的Stribeck曲线表明,固体润滑复合薄膜在边界润滑阶段具有更低的摩擦磨损性能;高温环境下,随着温度升高,复合薄膜摩擦系数降低,其原因在于高温促进非晶碳的石墨化与MoS2的晶化.但是过高温度会促进MoS2的氧化,因而加剧了薄膜失效.不同测试条件下的结果表明:载荷增加导致复合薄膜摩擦系数降低主要归因于赫兹接触的贡献;采用不同对磨副与复合薄膜对磨发现,Zr O2与Al2O3摩擦副能极大地改善非晶碳膜在真空条件下的粘附特性,其中Zr O2摩擦副能降低复合薄膜实现低摩擦时MoS2的临界含量.
- 作者：
- 蔡胜
- 学位授予单位：
- 宁波大学
- 专业名称：
- 凝聚态物理
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 柯培玲；诸跃进
- 中图分类号：
- TB383.2
- 关键词：
- MoS2；非晶碳；固体润滑；摩擦磨损机理；磨损界面
- MoS2; amorphous carbon; solid lubrication; Friction and wear mechanism; worn surface;