PDF《环境摩擦磨损性能研究》

? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.

All rights reserved. http://www.cnki.net 第27 卷第6期 摩擦学学报Vol 27, No

6 2007 年11月TR I BOLOGY Nov,

2007 M o硫化物 /Ti复合薄膜的制备及其 环境摩擦磨损性能研究 彭仕敏 , 杨友志 , 郑晓华 , 顾斌,涂江平 (浙江大学 材料科学与工程系 , 浙江 杭州 310027) 摘要 : 采用高温硫化处理磁控溅射 Mo /Ti金属前驱体薄膜制备 Mo硫化物 /Ti复合薄膜 ,采用 X射线衍射仪、 能谱仪 和扫描电子显微镜对复合薄膜的组织结构、 化学成分和表面形貌进行分析 ,采用涂层附着力自动划痕仪和可控气氛 球2盘式摩擦磨损试验仪分别测试薄膜与基体的结合力以及摩擦系数 ,并用扫描电子显微镜观察薄膜的磨损表面形 貌 ,分析其磨损机制. 结果表明 :硫化温度在

450 ℃ 以上时能够生成较多 Mo硫化物 ,最佳硫化工艺为

450 ℃ *

15 h;

提 高硫化温度或延长硫化时间均使薄膜的结合力下降 ;

磁控溅射 Mo /Ti前驱体复合薄膜经

450 ℃ *

15 h硫化处理后 ,薄 膜中生成复杂的 Mo硫化物 ,形成 Mo硫化物 /Ti复合薄膜 ;

与纯 Mo薄膜硫化后相比 ,Mo硫化物 /Ti复合薄膜具有更 高的界面结合力和更优异的摩擦磨损性能. 关键词 : Mo /Ti前驱体 ;

硫化 ;

Mo硫化物 /Ti复合薄膜 ;

摩擦磨损性能 中图分类号 : TQ174;

TH117.

3 文献标识码 : A 文章编号 :

10042 0595 (2007)

062 05092

06 随着空间技术的不断发展 ,对机械零部件表面 的减摩耐磨性能提出了更高要求. 由于飞行器从大 气到高真空、 潮湿气氛到干燥气氛的运行转变过程 中液体润滑剂的使用受到限制 ,因此 ,运转机械零部 件表面具有稳定的自润滑性能显得尤为重要. 过渡族金属硫化物 MoS2 作为常用固体润滑剂 具有较好的摩擦磨损性能 [ 1~4 ] ,其大多以固体薄膜 形式采用磁控溅射技术镀覆在摩擦副表面而实现自 润滑及减摩效应. 但由于靶材在溅射过程中受到较 高能量离子轰击 ,致使沉积薄膜的微观结构和成分 发生变化 ,通常获得的是 S原子不足的 MoSx ( x < 2) 薄膜 [ 5,

6 ] ,且溅射沉积 MoSx 薄膜在潮湿环境中易与 空气中的氧气和水发生化学反应并生成 MoO3 ,造成 MoSx 溅射膜的润滑性能退化与失效 [

7 ] . 研究表明 , 通过添加金属元素 Ti、 A l、 Au及Cr等可以有效改善 MoSx 薄膜的结构及其摩擦磨损性能 [ 8~11 ] . 为了进一 步改善 MoSx 薄膜的组织结构及摩擦磨损性能 ,本 文作者探索采用硫化处理 Mo /Ti金属前驱体薄膜制 备Mo硫化物 /Ti复合薄膜新方法 ,并考察了其环境 摩擦磨损性能. 同时 ,为了改善界面结合力 ,在磁控 溅射前驱体薄膜时首先沉积一层较薄、 与薄膜和基 体结合良好 Ti过渡层 ,由此缓解界面突变问题 ,以 提高界面结合力 [

12 ] . 本研究为制备性能优良的固体 润滑薄膜提供了新途径.

1 实验部分 1.

1 金属前驱体薄膜的制备 采用英国 Teer公司产 UDP650型闭合场非平衡 磁控溅射离子镀系统 (CFUBMSIP) ,在经抛光的

45 # 钢表面沉积纯 Mo和Mo /Ti复合前驱体薄膜. 溅射 过程中 ,以8A电流溅射 Ti靶5min,获得一层较薄 的过渡层 ,然后共溅射 Mo靶 (靶电流

8 A)和Ti靶 (靶电流

4 A)沉积 Mo /Ti复合膜 ,溅射时间

60 m in, 总膜厚约 2. 4μm;

制备纯 Mo膜时 ,关闭 Ti靶电流 溅射 Mo靶 (靶电流