非平衡磁控濺射沉積MoS-,2--Ti復(fù)合薄膜研究.pdf

1、盡管濺射沉積MoS<,2>薄膜已成為星上精密活動(dòng)件表面潤(rùn)滑改性的主要手段之一，但是當(dāng)前的薄膜制備技術(shù)依然存在大氣防潮能力低、真空環(huán)境中耐磨壽命不夠長(zhǎng)以及復(fù)雜形狀活動(dòng)件表面均勻成膜、批量生產(chǎn)困難等缺陷。為了滿足我國(guó)空間飛行器后續(xù)發(fā)展對(duì)功能擴(kuò)展、壽命提高以及研制周期縮短提出的工程應(yīng)用急需，本研究采用近年來新開發(fā)的非平衡磁控濺射沉積技術(shù)，并通過在MoS<,2>薄膜中摻雜金屬Ti有效地彌補(bǔ)了當(dāng)前制備技術(shù)的缺陷，提高了薄膜的性能。本文重點(diǎn)研究了薄

2、膜制備工藝參數(shù)變化對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能的影響及作用機(jī)理，最終獲得了優(yōu)化的工藝并達(dá)到了工程應(yīng)用水平。 研究工作取得的主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)果如下： 1、首次系統(tǒng)、細(xì)致地研究了濺射靶功率、非平衡磁控線圈電流、工件臺(tái)偏壓、工作氣體流量、工件臺(tái)轉(zhuǎn)速、薄膜沉積溫度、沉積時(shí)間多項(xiàng)工藝參數(shù)與薄膜的結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，對(duì)變化機(jī)理進(jìn)行了深入的分析和探討，掌握了優(yōu)化的薄膜制備工藝。 2、首次闡明在大氣和真空環(huán)境中，使MoS<,2>-Ti復(fù)合薄膜具

3、有潤(rùn)滑能力的允許Ti含量不同，大氣環(huán)境為17～20 wt.％，真空為12～15 wt.％，大氣中允許的Ti含量較高與氧存在下摩擦對(duì)偶間形成Fe<,2>O<,3>和MoO<,3>，從而有利于MoS<,2>轉(zhuǎn)移膜的形成以及加強(qiáng)了轉(zhuǎn)移膜與摩擦對(duì)偶間的附著力有關(guān)。 3、首次提出通過薄膜硬度以及附著力測(cè)試圖片來預(yù)測(cè)其在真空環(huán)境中的摩擦學(xué)性能，當(dāng)薄膜納米壓入硬度高于5 GPa或附著力測(cè)試圖片上的劃痕表現(xiàn)為鋸齒狀崩落時(shí)，薄膜在真空環(huán)境中的耐磨

4、壽命差甚至失去潤(rùn)滑能力，產(chǎn)生的機(jī)理是在加強(qiáng)的離子流轟擊作用下薄膜顆粒尺寸不斷減小以致破壞了MoS<,2>晶間和晶內(nèi)的滑移能力。 4、開展了試驗(yàn)條件與薄膜真空摩擦學(xué)性能的關(guān)系研究，獲得了多種試驗(yàn)載荷、轉(zhuǎn)速、基底材料、表面處理狀態(tài)下薄膜的真空耐磨壽命，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速在250～1000 r/min內(nèi)變化時(shí)薄膜耐磨壽命基本不變，從而提出可利用此特點(diǎn)對(duì)經(jīng)該工藝潤(rùn)滑的活動(dòng)機(jī)構(gòu)開展有效的加速壽命試驗(yàn)。 5、首次證明該工藝在空間精密滾動(dòng)軸承上