磁控濺射WS2、WS2-C固體潤滑薄膜的制備與性能研究.pdf

1、作為固體潤滑材料,WS2以其優(yōu)異的摩擦學性能在航空航天、機械加工、微電子等領域有廣泛的應用價值。但是純WS2薄膜的承載能力較低、且易在潮濕空氣中吸潮氧化,從而縮短了其使用壽命。為提高純WS2薄膜的承載能力及服役壽命,本研究以WS2、石墨和純Ti為靶材,采用孿生靶中頻磁控濺射、直流磁控濺射結(jié)合離子增強的方法,在單晶硅片及TC4合金(Ti6Al4V)基體表面制備了WS2和WS2-C復合薄膜。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、X

2、射線衍射儀(XRD)、Raman光譜儀、金相顯微鏡(OM)、顯微硬度儀、劃痕儀和球盤式摩擦磨損試驗機對薄膜的微觀組織、物相結(jié)構(gòu)、力學性能及摩擦磨損性能進行了研究。結(jié)果表明:
　　 通過中頻磁控濺射方法制備的WS2薄膜有不同程度的S元素損失現(xiàn)象,其S/W原子比與工作氣壓密切相關(guān),受沉積溫度的影響不太明顯;WS2薄膜呈現(xiàn)明顯的(002)晶面擇優(yōu)生長,隨著沉積溫度的升高,薄膜的(002)衍射峰逐漸減弱;純WS2薄膜的顯微硬度較低,膜/

3、基結(jié)合強度較好;較低溫度條件下制備的WS2薄膜具有較低的的摩擦系數(shù),減摩效果良好,升高沉積溫度,薄膜的摩擦系數(shù)有所提高。
　　 共濺射WS2靶和石墨靶制備的WS2-C復合薄膜結(jié)構(gòu)致密,S/W原子比接近于同條件下的WS2薄膜;隨著碳含量的增加,復合薄膜的WS2(002)晶面衍射峰逐漸減弱;碳鎢化合物的出現(xiàn)使得薄膜的硬度有了一定程度的提高;添加碳元素,復合薄膜的膜/基結(jié)合強度有降低的趨勢;隨著碳含量的增加,復合薄膜的摩擦系數(shù)逐漸升高