| 题名 | 磁控溅射可控沉积MoS_2基复合薄膜及其摩擦学性能研究 |
| 作者 | 高斌基 |
| 答辩日期 | 2018 |
| 导师 | 杨保平 ; 张俊彦 |
| 关键词 | 磁控溅射 二硫化钼 复合薄膜 摩擦磨损 高温 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 本论文利用磁控溅射技术,通过调节Ar/CH4流量比值制备了不同碳含量的MoS2/a-C:H复合薄膜以及通过调节Al靶溅射电流制备了不同Al含量的MoS2/Al复合薄膜。通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）和透射电子显微镜（HRTEM）考察了MoS2/a-C:H复合薄膜和Mo S2/Al复合薄膜的表面及断面形貌;采用XPS和XRD考察MoS2/a-C:H复合薄膜以及MoS2/Al复合薄膜的晶型结构、薄膜组成;采用纳米压痕测试仪表征了MoS2/a-C:H复合薄膜以及MoS2/Al复合薄膜的硬度和弹性模量;利用摩擦试验机考察MoS2/a-C:H复合薄膜与沉积有Mo S2的Al2O3球以及裸Al2O3球两种不同对偶的摩擦学行为;考察了Mo S2/Al复合薄膜的在25℃、150℃、250℃、350℃、450℃条件下的高温摩擦学行为。本文研究表明,利用磁控溅射设备,共溅射二硫化钼靶与石墨靶,获得了不同Ar/CH4流量比值条件下的优质薄膜。同时,成功地在Al2O3球（φ=6mm）表面沉积了MoS2层,并作为摩擦对偶;通过调节Ar与CH4流量比值,可以获得不同碳添加量的Mo S2/a-C:H复合薄膜。随着碳含量的逐渐增加,复合薄膜的硬度由6.17Gpa增大至19.36Gpa,弹性模量由57.66Gpa增大至123.28Gpa,复合薄膜的硬度和弹性模量均大幅增大,这是MoS2/a-C:H复合薄膜具备超低摩擦系数和长润滑寿命的关键所在。通过调制Ar与CH4比例,制备了Ar/CH4=80/30条件下的Mo S2/a-C:H复合薄膜,其摩擦学性能在系列薄膜中最为优异,摩擦系数低至0.0059,磨损率低至3.4×10-7mm3/N·m,相比纯MoS2薄膜,摩擦系数降低了86.83%。同时,通过对比Mo S2/a-C:H复合薄膜与沉积有MoS2的Al2O3球对偶的摩擦系数以及MoS2/a-C:H复合薄膜与Al2O3裸球对偶的摩擦系数,在Al2O3球表面制备MoS2层可以显著地降低MoS2/a-C:H复合薄膜的摩擦系数,延长复合薄膜润滑寿命,使得润滑过程十分平稳。然而,通过测试MoS2/a-C:H复合薄膜在高温环境下的摩擦学行为发现,随着温度逐渐升高,MoS2/a-C:H复合薄膜的润滑性能逐渐降低,直至丧失润滑能力。这主要是由于在高温环境下,a-C:H的石墨化加重,承载能力下降,MoS2结构也遭到破坏,导致润滑性能丧失。因此,本文通过在MoS2中引入Al制备的MoS2/Al复合薄膜在高温下具备良好润滑性能。本文研究表明,应用磁控溅射沉积的MoS2/Al复合薄膜具有良好的结构。适当含量Al的引入并没有引起MoS2结构的显著改变,但随着Al含量进一步增大,MoS2结构变得十分致密,机械性能也迅速提升。通过共溅射MoS2靶和Al靶可以有效地将Al元素掺杂进入MoS2中,并通过可以调节Al靶电流控制薄膜中Al元素的含量。当复合薄膜中Al元素含量适当时,Al的引入在未破坏MoS2结构时起到了自身优先氧化的作用,从而保护了MoS2结构不被高温环境破坏。温度在450℃时,Al含量为18.3%的Mo S2/Al复合薄膜表现出了优异的高温润滑性能,摩擦初始阶段的摩擦系数保持在0.07左右,平均摩擦系数低至0.172,比纯Mo S2薄膜的摩擦系数降低了64%。因此,通过Al掺杂提升MoS2薄膜在高温下的润滑性能,Al的最适宜添加量应当在18.3%,不宜超过18.3%。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 63 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/93981]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 高斌基. 磁控溅射可控沉积MoS_2基复合薄膜及其摩擦学性能研究[D]. 2018. |
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