不同調(diào)制比WS2-C多層膜的結(jié)構(gòu)及機(jī)械性能.pdf

1、層狀結(jié)構(gòu)的WS2在真空環(huán)境下具有摩擦系數(shù)低、耐磨性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工和航天航空等領(lǐng)域中。但是純WS2薄膜結(jié)構(gòu)疏松、硬度低、結(jié)合力差，在潮濕大氣中容易氧化潮解，從而限制了其實(shí)際應(yīng)用。為了改善WS2薄膜在潮濕大氣環(huán)境下的潤(rùn)滑性能，越來(lái)越多的學(xué)者開始研究多層膜。WS2/C復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)致密，能夠在潮濕大氣中保持良好的摩擦性能，而多層膜設(shè)計(jì)能夠緩解膜層的內(nèi)應(yīng)力和界面應(yīng)力。
　　本文采用磁控濺射沉積技術(shù)交替濺射WS2靶和石墨

2、靶，在單晶硅片上制備調(diào)制周期為20nm的WS2/C多層膜，研究了兩種沉積溫度(80℃和200℃)下不同調(diào)制比(La-C/LWSx為1∶39，1∶19，1∶9，1∶6，1∶4）納米多層膜的組織結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能;考察不同沉積溫度下不同調(diào)制比多層膜在真空、大氣（相對(duì)濕度約50％）中摩擦學(xué)性能。
　　測(cè)試結(jié)果表明:沉積溫度為200℃時(shí)，隨著調(diào)制比La-C/LWSx的增加，多層膜的S/W比在0.88到0.98范圍內(nèi)變化，薄膜結(jié)構(gòu)更加致密、表面

3、更加平整，WSx子層以微晶的形式存在，WSx/a-C相界面處形成了WC相;多層膜的硬度呈單調(diào)增大趨勢(shì)，由7.8GPa升高至9.0GPa，薄膜內(nèi)壓應(yīng)力先減小后增大，結(jié)合力單調(diào)減小，當(dāng)La-C/LWSx為1∶39時(shí)，結(jié)合力最大。
　　在大氣環(huán)境下，多層膜的摩擦因數(shù)呈現(xiàn)增大的變化趨勢(shì)，并高于純WSx膜，磨損率也呈現(xiàn)單調(diào)增大的變化規(guī)律，小調(diào)制比的多層膜磨損率低于純WSx膜。當(dāng)調(diào)制比La-C/LWSx為1∶39時(shí)，摩擦學(xué)性能最佳，摩擦因素為

4、0.174，磨損率為6.1×10-15m3N-1m-1。
　　在真空環(huán)境中，多層膜的摩擦因數(shù)呈單調(diào)增大的變化規(guī)律，并低于純WSx膜，磨損率也呈單調(diào)增大的變化趨勢(shì)，小調(diào)制比的多層膜磨損率低于純WSx膜。當(dāng)調(diào)制比La-C/LWSx為1∶19時(shí)，摩擦因素最小，為0.06，但磨損率為3.89×10-15m3N-1m-1，當(dāng)調(diào)制比為1∶39時(shí)，摩擦因數(shù)略高，為0.069，但磨損率達(dá)到最小值2.2×10-15m3N-1m-1。
　　沉積

5、溫度為80℃時(shí)，隨著調(diào)制比的增大，多層膜的表面平整、結(jié)構(gòu)致密，其S/W比在1.01到1.27范圍內(nèi)變化，比高溫沉積薄膜的略高;WSx子層依然以微晶的形式存在，但在WSx/a-C相界面處未形成了WC相;硬度整體上逐漸增加，最大值達(dá)7.87GPa，結(jié)合力呈現(xiàn)單調(diào)減小的趨勢(shì)，調(diào)制比為1∶39時(shí)取得最大值37N。
　　在大氣和真空環(huán)境下，多層膜的摩擦因數(shù)都呈現(xiàn)先減小后增大的變化規(guī)律，在1∶19時(shí)取得最小值，磨損率則都呈現(xiàn)單調(diào)增大的變化趨勢(shì)