磁控濺射Ti-W-N和Ti-W-N-MoS2薄膜的制備及摩擦學性能研究.pdf

1、Ti-W-N和Ti-W-N／MoS2是典型的減摩、耐磨涂層,且具有很好的抗氧化性、良好的潤滑性和耐磨性,因而受到廣泛的關注。(1)磁控濺射制備Ti-W-N薄膜過程中,通過改變基體位置可以方便地控制薄膜的化學成分,使得研究過程大為簡化。本實驗中使用純Ti和純W雙靶磁控共濺射,在同一濺射過程中薄膜厚度相同的情況下,通過改變基片相對于靶材的位置,在基體上沉積不同化學成分的Ti-W-N薄膜。(2)選取性能最佳Ti-W-N硬質(zhì)薄膜,在基材上先沉積

2、Ti-W-N薄膜,然后采用MoS2靶材,沉積MoS2薄膜,從而制備出雙層Ti-W-N／MoS2薄膜。通過對兩種薄膜的粗糙度,硬度和摩擦行為的測定和結構分析,研究其減摩耐磨機理,研究工作結果如下:
　　 1.對于Ti-W-N系金屬間化合物薄膜
　　 (1)成分分析結果表明:Ar／N2=3:1時,各位置制備薄膜成分變化范圍為W0.80Ti0.20N～W0.18Ti0.82N,且隨樣品位置改變呈線性變化趨勢。XRD結果顯示各位

3、置制備的Ti-W-N薄膜的成分隨著基體濺射位置改變而變化,薄膜中出現(xiàn)了TiN,TiN0.6O0.4,W2N,W等多種物相組織。熱處理后薄膜的顆粒均勻細化,并呈現(xiàn)有序化,薄膜表面光滑。
　　 (2)Ti含量為0.52的Ti-W-N薄膜(位于P4位置)在制備的Ti-W-N薄膜整個體系中擁有最高的硬度(29.8GPa)和最高的彈性模量(277.5GPa),膜-基結合力達到最大49N,可以說明Ti含量為0.52的Ti-W-N薄膜擁有較好

4、的力學性能；表面形貌分析表明此種化學成分的薄膜表面相對光滑平整且晶粒相對細小均勻,以粒狀為主。
　　 (3)摩擦磨損結果表明中間位置制備的Ti含量為0.52的薄膜擁有整個體系中最佳的摩擦磨損性能。在整個Ti-W-N薄膜體系中Ti0.52W0.48N的摩擦系數(shù)與磨損率均達到最小值,且其磨痕形貌圖也顯示磨痕較為光滑,薄膜保存完好,綜合考慮其擁有Ti-W-N薄膜整個體系中最佳的摩擦磨損性能。
　　 2.對于Ti-W-N／MoS

5、2薄膜
　　 (1)制備Ti-W-N薄膜層時與前面采用參數(shù)一致。制備MoS2薄膜層時,采用最佳的濺射參數(shù):濺射氣壓3 Pa,濺射功率150W。熱處理后薄膜的顆粒均勻細化,并呈現(xiàn)有序化,薄膜表面光滑平整。
　　 (2)成分分析結果表明:采用優(yōu)化的Ti0.52W0.48N作為硬質(zhì)薄膜層的化學成分,制備的Ti-W-N／MoS2薄膜的MoS2薄膜層成分為MoS2,MoO3等多種物相組織。
　　 (3)通過加載卸載試驗,T