WS_2-C固体润滑薄膜的制备及其摩擦磨损性能

金 基 体 上 沉 积 了 ｗＳ 一 ２ｃ复 合 薄 膜 ， 用 扫 描 电 镜 、 谱 仪 对 复 合 薄 膜 的 微 观 结 构 及 成 分 组 成 进 行 了 分 利 能
析 ， 利用 显 微 硬 度 仪 和 摩 擦 磨 损 试 验 机 对 复 合 薄 膜 的 硬 度 及 摩 擦 磨 损 性 能 进 行 了 评 估 ． 果 表 明 ： 并 结
针对这 一现 象 ， 内外 的研 究 人 员通 过 共 溅 射 国
ＴｉＡｇ及 Ａｕ等 可 以优先 氧化 的材料 ， 改善 Ｍｏ ｚ ， 来 Ｓ 和 ＷＳ 。的耐 磨 性 能 ， 有 人进 行 掺 Ｃ或 掺 Ｎ 的 研 也
究 ］但 大多都 是通 过反应 磁控 溅射 或射 频溅 射 的 。，
收稿 日期 ： ０ ０ １ — ５ ２ １ —０ １
ＷＳ 一 固体 润 滑 薄膜 的制备 及 其摩 擦 磨 损 性 能 ＊ ２Ｃ
宋 玉波 ，代 明 江 。 ，余 志 明 ，韦春 贝 ，侯 惠君 ，林松 盛
（ ． 南 大 学 材 料 科学 与 工程 学 院 ，湖南 长 沙 １中 ４０ ８ ； １ ０ ３
２ 广 东 省 工 业 技 术 研 究 院 （ 州 有 色 金 属 研 究 院 材 料 表 面 工程 研 究 所 ） 广 东 广州 ５ Ｏ ５ ） ． 广 ， １ ６ Ｏ 摘 要 ： 改善纯 ｗｓ 为 ２薄膜 在潮 湿 大 气 中 的摩 擦 磨 损性 能 ， 采用 磁 控 溅 射 结 合 离 子 源 的方 法 在 Ｔ ４合 Ｃ
容易 吸潮而 氧化 ， 导致 失效 ， ］ 因此影 响 了此类 材 料
的推 广应用 ．
为 ０ ３ ｎ 镀膜 前先用 离子 源产 生的辉 光 放 电对样 ． ｉ．
品进行 刻 蚀 清 洗 ， 空 度 为 ０ ４ Ｐ ， 子 源 电压 为 真 ． ａ 离 ５ ０Ｖ， ７ 偏压 为 ７ ０Ｖ， 洗时 间为 １ ｎ 然后 在相 ０ 清 ０ｍｉ； 同 的工 作真 空条件 下进行 溅射 沉积 ， 沉积 的 Ｔｉ 膜和
秀 润滑 材 料 引 起 了 国 内 外 学 者 的 广 泛 关 注 ＿ ． ２ 与 ］
Ｍ ｏ 。 似 ， Ｓ 也 具 有 层 状 的 六 方 结 构 口 ， 与 层 Ｓ类 Ｗ 。 ］层
之 间较低 的 剪切 强 度 赋予 其 优 良的润 滑 性 能 ， 其在
的基体 材 料 为单 晶 硅 片 ， 面 形貌 、 分 、 表 成 显微 硬 度
关 键 词 ： Ｓ— 复合 薄 膜 ｝ ４合 金 ； 擦 系数 ；耐磨 寿命 Ｗ ｚＣ ＴＣ 摩
中 图分 类 号 ：ＴＧ１ ４ ４ ７． ４ 文 献标 识 码 ：Ａ
据不完 全统 计＿ ， １ 全世 界 约 有 １ ３的能 源 消 耗 ］ ／ 于摩擦 ， ８ 的 机 械零 部件 因 磨损 而 失效 ， 以 约 Ｏ 所
微 电子 机 械 加 工 、 空 航 天 等 领 域 中被 广 泛 地 应 航
用 ］但 是 ， ． 在潮 湿 的大气 环境 中纯 的 Ｍｏ 及 ＷＳ Ｓ
及 摩擦 磨损 性能 分析 所用 样 品的基 体为 ＴＣ ４合 金 ，
样 品尺 寸 为 直径 ２ ５ｍｍ×７ ｍ， 面粗 糙 度 Ｒａ约 ａ ｒ 表
ｗＳ 一 ２ｃ复 合 薄 膜 的 膜 面较 为平 整 ， 面 呈 柱 状 晶方 式 生 长 、 构 致 密 ， 的 原 子 比约 为 ４ ； ２Ｃ复 断 结 Ｃ １ ＷＳ一
合薄膜的显微硬度较纯 ＷＳ 薄膜有所提高 ， 随着法向载荷的加大 ， 其摩擦系数有 所降低 ， Ｃ的加 入可 以
提高 ＷＳ 薄膜 在 大 气 环 境 中 的耐 磨 寿 命 ．
第 ４卷
第 ４期
宋 玉 波 ， ： — 固体 润 滑 薄 膜 的制 备 及 其 摩 擦 磨 损 性 能 等 ｗ Ｃ
ｃ膜作 为过 渡 层 ； 最后 沉 积 ＷＳ 一 复合 薄膜 ， 体 Ｃ 具
工艺参 数列 于表 １ ．
＊基 金项 目 ： 东 省 自然科 学 基 金 （ ７ ０ ９ ６ 广 ０ ０ ６ ９ Ａ） 作者 简 介 ： 玉 波 （ ９ ５ ） 男 ， 南 鹤 壁 人 ， 士研 究 生 宋 １ ８一 ， 河 硕
材料 的使用 寿命 ． 低摩 擦 系数 的固体润 滑材料 ， 仅 不
１ 实 验 部分
采用 多功 能离 子镀膜 机制 备 ＷＳ— 合薄膜 ， ｚ Ｃ复
镀膜设 备 如图 １所示． 设备 由孪 生 中频 磁控 、 流 该 直 磁控 和离 子源 三大 部分 组 成 ， 中孪 生 中频 为 ｗｓ 其 ２
靶 ， 个 直 流 磁 控 分 别 为 高 纯 Ｔｉ靶 （ 度 为 两 纯
９ ． ９ ） 石 墨 靶 ． 膜 的 截 面 形 貌 表 征 所 用 样 品 ９９ ％ 和 薄
可 以在常规 条件 下 代 替 润 滑油 、 滑 脂 等 产生 减 磨 润 耐磨 的效果 ， 可 以在高温 、 空等 限制传统 润 滑剂 还 真 使 用的特 殊工 况环境 中稳 定工作 ． 近年 来 ， 。固体 润 滑 薄膜 作 为一 种 新 型 的优 ＷＳ
第 ４ 卷
第 ４期
材
料
研
究
与
应
用
Ｖ ｏ１ ．４， ＮＯ． ４ Ｄｅ ｃ．２ ０ １０
２０ １０年 １２月
Ｍ Ａ Ｔ ＥＲＩ ＥＳＥＡ ＲＣＨ ＮＤ ＡＩＳ Ｒ Ａ ＡＰＰＩＩ ＣＡＴｌ ０Ｎ
文章 编 号 ： ６ ３９ ８ （ Ｏ Ｏ） ４Ｏ ３ —４ １ ７ — ９ １ ２ １ Ｏ 一 ５ ＯＯ
方法来 获得硫 化 物 薄 膜 Hale Waihona Puke ． 文采 用 中频 磁控 溅 射 本
ＷＳ 、 直流磁 控溅 射石 墨 的方法 制 备 了 ＷＳ－ ２Ｃ复合
薄膜 ， 并在 大气 环境 中对 其服 役性 能进行 了测试 ．
对摩擦 及磨 损 的研 究是 一个 具有 重大社 会经 济效 益 的课 题． 滑可 降 低摩 擦 系数 、 润 减少 磨损 ， 而 延 长 从